JP2005258429A - Liquid crystal display element - Google Patents
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Description
本発明は、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子に関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal display element using a ferroelectric liquid crystal.
液晶表示素子は薄型で低消費電力などといった特徴から、大型ディスプレイから携帯情報端末までその用途を広げており、その開発が活発に行われている。これまで液晶表示素子は、ＴＮ方式、ＳＴＮのマルチプレックス駆動、ＴＮに薄膜トランジスタ（以下、これを「ＴＦＴ素子」とする場合がある。）を用いたアクティブマトリックス駆動等が開発され実用化されているが、これらはネマチック液晶を用いているために、液晶材料の応答速度が数ｍｓ〜数十ｍｓと遅く動画表示に充分対応しているとはいえない。 Liquid crystal display elements have been widely used from large displays to portable information terminals because of their thinness and low power consumption, and their development is actively underway. To date, liquid crystal display elements have been developed and put to practical use, such as TN mode, STN multiplex drive, and active matrix drive using a thin film transistor (hereinafter sometimes referred to as a “TFT element”) for TN. However, since these use nematic liquid crystal, the response speed of the liquid crystal material is as slow as several ms to several tens of ms, so it cannot be said that it is sufficiently compatible with moving image display.
一方、強誘電性液晶（ＦＬＣ）は、応答速度がμｓオーダーと極めて短く、高速デバイスに適した液晶である。強誘電性液晶はクラークおよびラガーウォルにより提唱された電圧非印加時に安定状態を二つ有する双安定性のものが広く知られているが（図４）、明、暗の２状態でのスイッチングに限られ、メモリー性を有するものの、階調表示ができないという問題を抱えている。 On the other hand, the ferroelectric liquid crystal (FLC) is a liquid crystal suitable for a high-speed device because the response speed is as short as μs order. Ferroelectric liquid crystal is widely known as a bistable one proposed by Clark and Lagerwol, which has two stable states when no voltage is applied (FIG. 4), but is limited to switching in two states, light and dark. However, although it has a memory property, it has a problem that gradation display cannot be performed.
近年、電圧非印加時の液晶層の状態がひとつの状態で安定化している（以下、これを「単安定」と称する。）強誘電性液晶が、電圧変化により液晶のダイレクタ(分子軸の傾き)を連続的に変化させ透過光度をアナログ変調することで階調表示を可能とするものとして注目されている（非特許文献１、図４）。 In recent years, the state of a liquid crystal layer when a voltage is not applied has been stabilized in one state (hereinafter referred to as “monostable”). ) Is continuously changed and the transmitted light intensity is analog-modulated so that gradation display is possible (Non-Patent Document 1, FIG. 4).
このような単安定性を示す液晶材料としては、一般に、降温過程においてコレステリック相（Ｃｈ）−カイラルスメクチックＣ（ＳｍＣ＊）相と相変化し、スメクチックＡ（ＳｍＡ）相を経由しない強誘電性液晶が用いられている。 As a liquid crystal material exhibiting such monostability, generally, a ferroelectric liquid crystal that changes phase with a cholesteric phase (Ch) -chiral smectic C (SmC * ) phase in a temperature lowering process and does not pass through a smectic A (SmA) phase. Is used.
一方、強誘電性液晶としては、降温過程においてＣｈ−ＳｍＡ−ＳｍＣ＊と相変化し、ＳｍＡ相を経由してＳｍＣ＊相を示す材料があり、現在報告されている強誘電性液晶材料の中では、前者のＳｍＡ相を経由しない材料に比べて、このような相系列を持つものが大半である。しかしながら、このような相系列を持つ強誘電性液晶は、通常、１層法線に対して二つの安定状態を有し、双安定性を示すことが知られている（図５）。 On the other hand, as a ferroelectric liquid crystal, there is a material that changes phase with Ch-SmA-SmC * in the temperature lowering process and exhibits an SmC * phase via an SmA phase. Among the ferroelectric liquid crystal materials currently reported, Then, the material having such a phase sequence is mostly compared with the former material that does not pass through the SmA phase. However, it is known that a ferroelectric liquid crystal having such a phase series usually has two stable states with respect to a single layer normal and exhibits bistability (FIG. 5).
このような強誘電性液晶を単安定化する方法としては、高分子安定化法がある。高分子安定化法は、配向処理を施した液晶セルに紫外線硬化型モノマーを混入した強誘電性液晶を注入し、直流または交流の電圧を印加した状態で、紫外線照射を行い、高分子化させることにより安定化させる方法であるが、製造プロセスが複雑になり、また、駆動電圧が高くなるという問題がある。 As a method for monostabilizing such a ferroelectric liquid crystal, there is a polymer stabilization method. In the polymer stabilization method, a ferroelectric liquid crystal mixed with an ultraviolet curable monomer is injected into an alignment-treated liquid crystal cell, and the polymer is polymerized by irradiating with ultraviolet rays while a DC or AC voltage is applied. However, there are problems in that the manufacturing process becomes complicated and the drive voltage increases.
一般に、液晶の配向処理技術としては、配向膜を用いるものがあり、その方法としてはラビング法と光配向法とがある。ラビング法は、ポリイミド膜をコートした基板をラビング処理してポリイミド高分子鎖をラビング方向に配向させることによりその膜上の液晶分子を配向させるものであり、ネマチック液晶の配向制御に優れており、一般に工業的にも用いられている技術である。しかしながら、この方法では静電気や塵の発生、ラビング条件の違いによる配向規制力やチルト角の不均一、大面積処理時のムラなどの問題があり、ネマチック液晶に比べて分子の秩序性が高いために配向制御が難しく、配向欠陥の生じやすい強誘電性液晶の配向処理法には適していない。 In general, as an alignment treatment technique for liquid crystals, there is a technique using an alignment film, which includes a rubbing method and a photo-alignment method. The rubbing method is to orient the liquid crystal molecules on the film by orienting the polyimide polymer chain in the rubbing direction by rubbing the substrate coated with the polyimide film, and is excellent in the alignment control of the nematic liquid crystal, In general, this technique is also used industrially. However, this method has problems such as generation of static electricity and dust, non-uniform orientation control force and tilt angle due to differences in rubbing conditions, and unevenness during large-area processing, and molecular ordering is higher than nematic liquid crystals. However, it is difficult to control the alignment and is not suitable for the alignment treatment method of the ferroelectric liquid crystal in which alignment defects are easily generated.
これに対し、光配向法は、高分子または単分子に偏光を制御した光を照射し、光励起反応（分解、異性化、二量化）を生じさせて高分子膜または単分子膜に異方性を付与することによりその膜上の液晶分子を配向させるものである。この方法は、ラビング法の問題点である静電気や塵の発生がなく、定量的な配向処理の制御ができる点で有用であるが、この方法を用いても本質的に双安定性を示す強誘電性液晶を用いて単安定性の動作モードを実現した報告例はこれまでのところ見当たらない。このため、階調表示を可能とすることにより、カラーフィルター方式やフィールドシーケンシャルカラー方式により高精細なカラー表示を実現するためには、強誘電性液晶の材料選択の幅が狭く、多様な要求特性に応じることが困難であった。 On the other hand, the photo-alignment method irradiates a polymer film or a single molecule with a light whose polarization is controlled, causes a photoexcitation reaction (decomposition, isomerization, dimerization), and makes the polymer film or the monomolecular film anisotropic. Is used to align the liquid crystal molecules on the film. This method is useful in that it does not generate static electricity or dust, which is a problem of the rubbing method, and can control the orientation process quantitatively. So far, there have been no reports of monostable operation modes using dielectric liquid crystals. For this reason, in order to realize high-definition color display using a color filter method or a field sequential color method by enabling gradation display, the range of material selection for ferroelectric liquid crystal is narrow, and various required characteristics are required. It was difficult to respond to.
本発明は、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子において、強誘電性液晶として、降温過程においてスメクチックＡ相を経由してカイラルスメクチックＣ相を発現する材料を用い、単安定性の動作モードを示す液晶表示素子を提供することを主目的とする。 The present invention relates to a liquid crystal display element using a ferroelectric liquid crystal, and uses a material that develops a chiral smectic C phase as a ferroelectric liquid crystal via a smectic A phase in the temperature lowering process. It is a main object to provide the liquid crystal display element shown.
本発明者らは、上記実情に鑑み鋭意検討した結果、強誘電性液晶の配向を制御する２枚の配向膜のうち少なくとも一方の対向面上に、反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層を設けることにより、上記のような相系列を有する強誘電性液晶が単安定性の動作モードを示すことを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies in view of the above situation, the present inventors have determined that reactive liquid crystal is formed by fixing reactive liquid crystal on at least one opposing surface of two alignment films that control the alignment of ferroelectric liquid crystal. By providing the layer, it was found that the ferroelectric liquid crystal having the phase sequence as described above exhibits a monostable operation mode, and the present invention was completed.
すなわち、本発明においては、第１基板と、上記第１基板上に形成された電極層と、上記電極層上に形成された第１配向膜と、上記第１配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層とを有する反応性液晶側基板、および、第２基板と、上記第２基板上に形成された電極層と、上記電極層上に形成された第２配向膜とを有する対向基板を、上記反応性液晶側基板の反応性液晶層と上記対向基板の第２配向膜とが向かい合うように配置し、上記反応性液晶側基板および上記対向基板間に強誘電性液晶を狭持してなる液晶表示素子であって、
上記強誘電性液晶は、降温過程においてスメクチックＡ相を経由してカイラルスメクチックＣ相を発現し、かつ、上記カイラルスメクチックＣ相において単安定性を示すものであることを特徴とする液晶表示素子を提供する。
That is, in the present invention, the first substrate, the electrode layer formed on the first substrate, the first alignment film formed on the electrode layer, and the reaction film formed on the first alignment film are reacted. A reactive liquid crystal side substrate having a reactive liquid crystal layer formed by fixing a reactive liquid crystal, a second substrate, an electrode layer formed on the second substrate, and a second substrate formed on the electrode layer. An opposing substrate having an alignment film is disposed so that the reactive liquid crystal layer of the reactive liquid crystal side substrate and the second alignment film of the opposing substrate face each other, and a strong substrate is provided between the reactive liquid crystal side substrate and the opposing substrate. A liquid crystal display element sandwiching a dielectric liquid crystal,
A liquid crystal display element characterized in that the ferroelectric liquid crystal exhibits a chiral smectic C phase via a smectic A phase in a temperature lowering process and exhibits monostability in the chiral smectic C phase. provide.
本発明によれば、上記反応性液晶層は、上記第１配向膜上に固定化されてなるものであるので、反応性液晶層は強誘電性液晶を配向させるための配向膜として機能することができる。また、上記反応性液晶は、強誘電性液晶と構造が比較的類似していることから、強誘電性液晶との相互作用が強くなり、配向膜のみを用いた場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができる。本発明は、このような反応性液晶層を設けることにより、ジグザグ欠陥やヘアピン欠陥等の配向欠陥を生じることなく、降温過程においてＳｍＡ相を経由してＳｍＣ＊相を発現する強誘電性液晶を用いて単安定性の動作モードを実現することができる。また本発明は、電界印加徐冷法によらずに、配向膜および反応性液晶を用いて配向を制御するものであるので、相転移点以上に昇温してもその配向を維持し、配向乱れの発生を抑制することができるという利点を有する。 According to the present invention, since the reactive liquid crystal layer is fixed on the first alignment film, the reactive liquid crystal layer functions as an alignment film for aligning the ferroelectric liquid crystal. Can do. The reactive liquid crystal is relatively similar in structure to the ferroelectric liquid crystal, so that the interaction with the ferroelectric liquid crystal becomes stronger, and the ferroelectric liquid crystal is more effective than the case where only the alignment film is used. The orientation of the crystalline liquid crystal can be controlled. In the present invention, by providing such a reactive liquid crystal layer, a ferroelectric liquid crystal that exhibits an SmC * phase via an SmA phase in a temperature lowering process without causing alignment defects such as a zigzag defect and a hairpin defect is provided. Can be used to achieve a monostable mode of operation. In addition, the present invention controls the alignment using the alignment film and the reactive liquid crystal without using the electric field applied slow cooling method, and therefore maintains the alignment even when the temperature is raised above the phase transition point. It has the advantage that generation | occurrence | production can be suppressed.
上記発明においては、上記第２配向膜上に、反応性液晶を固定化してなる第２反応性液晶層が形成されており、上記反応性液晶層を構成する反応性液晶および上記第２反応性液晶層を構成する反応性液晶は、異なる組成であることが好ましい。 In the above invention, the second reactive liquid crystal layer formed by immobilizing the reactive liquid crystal is formed on the second alignment film, and the reactive liquid crystal constituting the reactive liquid crystal layer and the second reactive liquid crystal are formed. The reactive liquid crystals constituting the liquid crystal layer preferably have different compositions.
第２配向膜の対向面上にも反応性液晶を固定化してなる第２反応性液晶層が形成されることにより、上述した反応性液晶層を形成することにより得られる効果をさらに高めることができ、より効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができるからである。また、上記反応性液晶層を構成する反応性液晶および上記第２反応性液晶層を構成する反応性液晶が異なる組成であることにより、ジグザグ欠陥やヘアピン欠陥等の配向欠陥の発生を抑制し、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができるからである。 By forming the second reactive liquid crystal layer formed by immobilizing the reactive liquid crystal on the opposing surface of the second alignment film, the effect obtained by forming the reactive liquid crystal layer described above can be further enhanced. This is because the orientation of the ferroelectric liquid crystal can be controlled more effectively. Further, the reactive liquid crystal constituting the reactive liquid crystal layer and the reactive liquid crystal constituting the second reactive liquid crystal layer have different compositions, thereby suppressing the occurrence of alignment defects such as zigzag defects and hairpin defects, This is because the monodomain alignment of the ferroelectric liquid crystal can be obtained.
上記発明においては、上記反応性液晶は、ネマチック相を発現するものであることが好ましい。ネマチック相は、液晶相の中でも配向制御が比較的容易であるからである。 In the said invention, it is preferable that the said reactive liquid crystal expresses a nematic phase. This is because the nematic phase is relatively easy to control the alignment among the liquid crystal phases.
また上記発明においては、上記反応性液晶は、重合性液晶モノマーを有することが好ましい。重合性液晶モノマーは、他の重合性液晶材料、すなわち重合性液晶オリゴマーや重合性液晶ポリマーと比較して、より低温で配向が可能であり、かつ、配向に際しての感度も高く、容易に配向させることができるからである。 Moreover, in the said invention, it is preferable that the said reactive liquid crystal has a polymerizable liquid crystal monomer. The polymerizable liquid crystal monomer can be aligned at a lower temperature than other polymerizable liquid crystal materials, that is, a polymerizable liquid crystal oligomer and a polymerizable liquid crystal polymer, and has high sensitivity in alignment, and is easily aligned. Because it can.
さらに上記発明においては、上記重合性液晶モノマーは、モノアクリレートモノマーまたはジアクリレートモノマーであることが好ましい。モノアクリレートモノマーまたはジアクリレートモノマーは、配向状態を良好に維持したまま容易に重合させることができるからである。 Furthermore, in the said invention, it is preferable that the said polymeric liquid crystal monomer is a monoacrylate monomer or a diacrylate monomer. This is because the monoacrylate monomer or diacrylate monomer can be easily polymerized while maintaining the orientation state in a good state.
またさらに上記発明においては、上記ジアクリレートモノマーは、下記式（１）で表される化合物であることが好ましい。 Furthermore, in the said invention, it is preferable that the said diacrylate monomer is a compound represented by following formula (1).
（ここで、式中のＸは、水素、炭素数１〜２０のアルキル、炭素数１〜２０のアルケニル、炭素数１〜２０のアルキルオキシ、炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル、ホルミル、炭素数１〜２０のアルキルカルボニル、炭素数１〜２０のアルキルカルボニルオキシ、ハロゲン、シアノまたはニトロを表し、ｍは２〜２０の範囲内の整数を表す。） (Here, X is hydrogen, alkyl having 1 to 20 carbon atoms, alkenyl having 1 to 20 carbon atoms, alkyloxy having 1 to 20 carbon atoms, alkyloxycarbonyl having 1 to 20 carbon atoms, formyl, carbon Represents an alkylcarbonyl having 1 to 20 carbon atoms, an alkylcarbonyloxy having 1 to 20 carbon atoms, halogen, cyano or nitro, and m represents an integer within the range of 2 to 20.)
さらに上記発明においては、上記ジアクリレートモノマーは、下記式（２）で表される化合物であることが好ましい。 Furthermore, in the said invention, it is preferable that the said diacrylate monomer is a compound represented by following formula (2).
（ここで、式中のＺ２１およびＺ２２は、各々独立して直接結合している−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯ−、−ＯＣＯＣＨ２ＣＨ２−を表し、ｍは０または１を表し、ｎは２〜８の範囲内の整数を表す。） (Wherein Z 21 and Z 22 in the formula are each independently directly bonded —COO—, —OCO—, —O—, —CH 2 CH 2 —, —CH═CH—, —C ≡C—, —OCH 2 —, —CH 2 O—, —CH 2 CH 2 COO—, —OCOCH 2 CH 2 —, m represents 0 or 1, and n represents an integer in the range of 2-8. Represents.)
さらにまた上記発明においては、上記第１配向膜および上記第２配向膜は、光配向膜であることが好ましい。光配向膜を形成する際の光配向処理は、非接触配向処理であることから静電気や塵の発生がなく、定量的な配向処理の制御ができる点で有用だからである。 In the invention, the first alignment film and the second alignment film are preferably photo-alignment films. This is because the photo-alignment process at the time of forming the photo-alignment film is a non-contact alignment process, so that it is useful in that there is no generation of static electricity and dust, and the quantitative alignment process can be controlled.
さらに上記発明においては、上記光配向膜の構成材料は、光反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する光反応型の材料、または光異性化反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応性化合物を含む光異性化型の材料であることが好ましい。このような材料を用いることにより、光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。 Further, in the above invention, the constituent material of the photo-alignment film is a photoreactive material that imparts anisotropy to the photo-alignment film by causing a photoreaction, or the photo-alignment by causing a photoisomerization reaction. A photoisomerization type material containing a photoisomerization reactive compound that imparts anisotropy to the film is preferable. It is because anisotropy can be easily imparted to the photo-alignment film by using such a material.
またさらに上記発明においては、上記強誘電性液晶は単一相を構成するものであることが好ましい。本発明においては、単一相の強誘電性液晶を用いても良好な配向を得ることができ、配向を制御するために、高分子安定化法などの手法を用いる必要がなく、製造プロセスが容易となり、駆動電圧を低くすることができることから、単一相を構成する強誘電性液晶を用いることにより、本発明の効果がより顕著となるからである。 Still further, in the above invention, the ferroelectric liquid crystal preferably constitutes a single phase. In the present invention, good alignment can be obtained even when a single-phase ferroelectric liquid crystal is used, and it is not necessary to use a technique such as a polymer stabilization method in order to control the alignment. This is because the driving voltage can be lowered and the effect of the present invention becomes more remarkable by using a ferroelectric liquid crystal constituting a single phase.
本発明の液晶表示素子は、薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリックス方式により駆動させるものであることが好ましい。ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式を採用することにより、目的の画素を確実に点灯、消灯できるため高品質なディスプレイが可能となるからである。さらに、一方の基板上にＴＦＴ素子をマトリックス状に配置してなるＴＦＴ基板と、他方の基板上の表示部全域に共通電極を形成してなる共通電極基板とを組み合わせ、上記共通電極基板の共通電極と基板との間にＴＦＴ素子のマトリックス配置させたマイクロカラーフィルターを形成し、カラー液晶表示素子として用いることもできる。 The liquid crystal display element of the present invention is preferably driven by an active matrix system using a thin film transistor. This is because by adopting an active matrix system using a TFT element, a target pixel can be reliably turned on and off, so that a high-quality display is possible. Furthermore, a TFT substrate in which TFT elements are arranged in a matrix on one substrate and a common electrode substrate in which a common electrode is formed over the entire display portion on the other substrate are combined, and the common electrode substrate is shared. A micro color filter in which a matrix of TFT elements is arranged between an electrode and a substrate can be formed and used as a color liquid crystal display element.
また、本発明の液晶表示素子は、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させるものであることが好ましい。上記液晶表示素子は、応答速度が速く、配向欠陥を生じることなく強誘電性液晶を配向させることができるので、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させることにより、低消費電力かつ低コストで、視野角が広く、明るく高精細なカラー動画表示を実現することができるからである。 The liquid crystal display element of the present invention is preferably driven by a field sequential color system. Since the liquid crystal display device has a high response speed and can align the ferroelectric liquid crystal without causing alignment defects, it can be driven by a field sequential color system, thereby reducing power consumption and cost, and having a viewing angle. This is because a wide, bright and high-definition color moving image display can be realized.
本発明の液晶表示素子は、降温過程においてＳｍＡ相を経由してＳｍＣ＊相を発現する強誘電性液晶を用いて単安定性の動作モードを実現することができるという効果を奏する。本発明の液晶表示素子はこのような効果を奏するものであるので、階調表示を可能とし、視野角が広く、高精細なカラー動画表示を得ることができる点で有用である。また本発明によれば、このような液晶表示素子に使用できる強誘電性液晶の材料選択の幅が広がり、種々の要求特性に応じられるという利点を有する。 The liquid crystal display element of the present invention has an effect that a monostable operation mode can be realized by using a ferroelectric liquid crystal that expresses an SmC * phase via an SmA phase in a temperature lowering process. Since the liquid crystal display element of the present invention has such effects, it is useful in that gradation display is possible, a viewing angle is wide, and a high-definition color moving image display can be obtained. Further, according to the present invention, there is an advantage that the range of selection of the ferroelectric liquid crystal material that can be used in such a liquid crystal display element is widened, and various required characteristics can be met.
以下、本発明の液晶表示素子について詳細に説明する。本発明の液晶表示素子は、第１基板と、上記第１基板上に形成された電極層と、上記電極層上に形成された第１配向膜と、上記第１配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層とを有する反応性液晶側基板、および、第２基板と、上記第２基板上に形成された電極層と、上記電極層上に形成された第２配向膜とを有する対向基板を、上記反応性液晶側基板の反応性液晶層と上記対向基板の第２配向膜とが向かい合うように配置し、上記反応性液晶側基板および上記対向基板間に強誘電性液晶を狭持してなる液晶表示素子であって、
上記強誘電性液晶は、降温過程においてスメクチックＡ相を経由してカイラルスメクチックＣ相を発現し、かつ、上記カイラルスメクチックＣ相において単安定性を示すものであることを特徴としている。
Hereinafter, the liquid crystal display element of the present invention will be described in detail. The liquid crystal display element of the present invention is formed on a first substrate, an electrode layer formed on the first substrate, a first alignment film formed on the electrode layer, and the first alignment film, A reactive liquid crystal side substrate having a reactive liquid crystal layer formed by immobilizing reactive liquid crystal, a second substrate, an electrode layer formed on the second substrate, and a first layer formed on the electrode layer A counter substrate having two alignment films is disposed so that the reactive liquid crystal layer of the reactive liquid crystal side substrate faces the second alignment film of the counter substrate, and the reactive liquid crystal side substrate and the counter substrate are disposed between. A liquid crystal display element sandwiching a ferroelectric liquid crystal,
The ferroelectric liquid crystal is characterized in that it exhibits a chiral smectic C phase via a smectic A phase in the temperature lowering process and exhibits monostability in the chiral smectic C phase.
ここで単安定性を示すとは、上述したように電圧非印加時の液晶層の状態がひとつの状態で安定化している状態をいうものである。より具体的に説明すると、図３に示すように、強誘電性液晶分子８は層法線に対しチルト角±θだけ傾く二つの安定状態を有し、この二つの安定状態間をコーン上に動作することができるが、電圧非印加時に強誘電性液晶分子８が上記コーン上のいずれかひとつの状態で安定化している状態をいう。 Here, “monostable” refers to a state in which the state of the liquid crystal layer when no voltage is applied is stabilized in one state as described above. More specifically, as shown in FIG. 3, the ferroelectric liquid crystal molecules 8 have two stable states tilted by a tilt angle ± θ with respect to the layer normal, and the two stable states are placed on a cone. Although it can operate, it means a state in which the ferroelectric liquid crystal molecules 8 are stabilized in any one state on the cone when no voltage is applied.
このような本発明の液晶表示素子について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。図１に示すように、本発明の液晶表示素子は、第１基板１ａと、この第１基板１ａ上に形成された電極層２ａと、電極層２ａ上に形成された第１配向膜３ａと、第１配向膜３ａ上に形成された反応性液晶層４とを有する反応性液晶側基板１１、および、第２基板１ｂと、第２基板１ｂ上に形成された電極層２ｂと、電極層２ｂ上に形成された第２配向膜３ｂとを有する対向基板１２を有している。さらに、反応性液晶側基板１１の反応性液晶層４と対向基板１２の第２配向膜３ｂとの間には強誘電性液晶が挟持され、液晶層５が構成されている。
Such a liquid crystal display element of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the liquid crystal display element of the present invention. As shown in FIG. 1, the liquid crystal display element of the present invention includes a
本発明においては、反応性液晶層４は第１配向膜３ａ上に形成されていることから、反応性液晶層４を構成する反応性液晶は上記第１配向膜３ａにより配向しており、この反応性液晶を例えば紫外線により重合させて反応性液晶の配向状態を固定化することにより反応性液晶層４が形成されている。このように、反応性液晶層４は反応性液晶の配向状態が固定化されているものであるので、液晶層５を構成する強誘電性液晶を配向させる配向膜としての作用を有することとなる。さらに、反応性液晶層を構成する反応性液晶は、強誘電性液晶と構造が比較的類似していることから、強誘電性液晶との相互作用が強くなるため、配向膜のみを用いた場合よりも効果的に配向を制御することができる。
In the present invention, since the reactive
本発明の液晶表示素子は、このように第１配向膜の対向面上に反応性液晶層を形成することにより、降温過程においてＳｍＡ相を経由してＳｍＣ＊相へと相変化する強誘電性液晶を用いて単安定性の動作モードを実現するものである。このような相系列を有する強誘電性液晶は、相変化の過程において、スメクチック層の層間隔が縮まり、その体積変化を補償するためにスメクチック層が曲がったシェブロン構造を有し、この曲げの方向によって液晶分子の長軸方向が異なるドメインが形成され、その境界面にジグザグ欠陥やヘアピン欠陥と呼ばれる配向欠陥が発生しやすいものであるが、本発明によればこのような配向欠陥を生じさせることなく強誘電性液晶を配向させることができるので、光漏れによるコントラストの低下を防止することができるという利点を有する。また、本発明は電界印加徐冷方式を用いないで強誘電性液晶を配向させるものであるので、電界印加徐冷法の問題点である相転移点以上に昇温することによる配向乱れが生じにくく、配向安定性に優れているという利点を有している。 In the liquid crystal display element of the present invention, by forming a reactive liquid crystal layer on the opposing surface of the first alignment film in this way, the ferroelectricity changes in phase to the SmC * phase via the SmA phase in the temperature lowering process. A monostable operation mode is realized using liquid crystal. The ferroelectric liquid crystal having such a phase series has a chevron structure in which the smectic layer is shortened in order to compensate for the volume change in the process of the phase change, and the bending direction of the smectic layer is compensated. Due to the formation of domains with different major axis directions of liquid crystal molecules, alignment defects such as zigzag defects and hairpin defects are likely to occur at the boundary surface. According to the present invention, such alignment defects are generated. Therefore, the ferroelectric liquid crystal can be aligned without any problem, so that it is possible to prevent a decrease in contrast due to light leakage. In addition, since the present invention orients the ferroelectric liquid crystal without using an electric field application slow cooling method, alignment disorder due to a temperature rise above the phase transition point, which is a problem of the electric field application slow cooling method, is less likely to occur. It has the advantage of excellent alignment stability.
また、本発明の液晶表示素子は、例えば図１に示すように、第１基板１ａおよび第２基板１ｂの外側には偏光板６ａ、６ｂが設けられていてもよく、これにより入射光が直線偏光となり液晶分子の配向方向に偏光した光のみを透過させることができる。液晶層５として、単安定性の動作モードを示す強誘電性液晶を用いることにより、印加電圧により透過光量を制御することにより階調表示が可能となる。
In the liquid crystal display element of the present invention, for example, as shown in FIG. 1,
さらに、本発明の液晶表示素子は、例えば図２に示すように、対向基板１２を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）７がマトリックス状に配置されたＴＦＴ基板とし、反応性液晶側基板１１を共通電極８ａが全域に形成された共通電極基板として、この２つの基板を組み合わせたものであることが好ましい。このようなＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子について以下に説明する。
Further, in the liquid crystal display element of the present invention, for example, as shown in FIG. 2, the
図２において、反応性液晶側基板１１は、電極層が共通電極８ａであり、共通電極基板となっており、一方、対向基板１２は電極層がｘ電極８ｂ、ｙ電極８ｃおよび画素電極８ｄから構成され、ＴＦＴ基板となっている。このような液晶表示素子において、ｘ電極８ｂおよびｙ電極８ｃはそれぞれ縦横に配列しているものであり、これらの電極に信号を加えることによりＴＦＴ素子７を作動させ、強誘電性液晶を駆動させることができる。ｘ電極８ｂおよびｙ電極８ｃが交差した部分は、図示しないが絶縁層で絶縁されており、ｘ電極８ｂの信号とｙ電極８ｃの信号とは独立に動作することができる。ｘ電極８ｂおよびｙ電極８ｃにより囲まれた部分は、本発明の液晶表示素子を駆動する最小単位である画素であり、各画素には少なくとも１つ以上のＴＦＴ素子７および画素電極８ｄが形成されている。本発明の液晶表示素子では、ｘ電極８ｂおよびｙ電極８ｃに順次信号電圧を加えることにより、各画素のＴＦＴ素子７を動作させることができる。なお、図２においては液晶層および第２配向膜を省略している。
In FIG. 2, the reactive liquid
このような本発明の液晶表示素子は、カラーフィルター方式またはフィールドシーケンシャルカラー方式を採用することによりカラー液晶表示素子として用いることができる。例えば、カラーフィルター方式を採用する場合には、上記共通電極８ａと第１基板１ａとの間にＴＦＴ素子をマトリックス状に配置させたマイクロカラーフィルターを形成すればよい。
Such a liquid crystal display element of the present invention can be used as a color liquid crystal display element by adopting a color filter system or a field sequential color system. For example, when a color filter system is employed, a micro color filter in which TFT elements are arranged in a matrix between the
なお、図２においては共通電極８ａが形成されている側を反応性液晶側基板１１、ＴＦＴ素子７や画素電極８ｄ等が形成されている側を対向基板１２としているが、本発明の液晶表示素子はこのような構成に限定されるものではなく、共通電極が形成されている側を対向基板とし、ＴＦＴ素子や画素電極等が形成されている側を反応性液晶側基板としてもよい。このような本発明の液晶表示素子の各構成部材について以下に詳細に説明する。
In FIG. 2, the side on which the
１．液晶表示素子の構成部材
（１）反応性液晶側基板
まず、反応性液晶側基板について説明する。本発明における反応性液晶側基板は、第１基板と、第１基板上に形成された電極層と、この電極層上に形成された第１配向膜と、この第１配向膜上に形成された反応性液晶層とを有するものである。以下、このような反応性液晶側基板の各構成について説明する。
1. Components of Liquid Crystal Display Element (1) Reactive Liquid Crystal Side Substrate First, the reactive liquid crystal side substrate will be described. The reactive liquid crystal side substrate in the present invention is formed on a first substrate, an electrode layer formed on the first substrate, a first alignment film formed on the electrode layer, and the first alignment film. And a reactive liquid crystal layer. Hereinafter, each structure of such a reactive liquid crystal side substrate will be described.
（ｉ）反応性液晶層
本発明に用いられる反応性液晶層は、第１配向膜上に形成され、反応性液晶を固定化してなるものである。この反応性液晶は、第１配向膜により配向しており、例えば紫外線を照射して反応性液晶を重合させ、その配向状態を固定化することにより反応性液晶層が形成される。このように本発明においては、反応性液晶層は反応性液晶の配向状態を固定化してなるものであるので、強誘電性液晶を配向させるための配向膜として機能することができる。また、反応性液晶層は固定化されているため、相転移点以上に昇温しても配向乱れを生じることがなく、配向安定性に優れているという利点を有する。さらに、反応性液晶は強誘電性液晶と構造が比較的類似しており、強誘電性液晶との相互作用が強くなるため、配向膜のみを用いた場合よりも効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができる。
(I) Reactive liquid crystal layer The reactive liquid crystal layer used in the present invention is formed on the first alignment film, and is formed by fixing the reactive liquid crystal. This reactive liquid crystal is aligned by the first alignment film. For example, the reactive liquid crystal layer is formed by irradiating ultraviolet rays to polymerize the reactive liquid crystal and fixing the alignment state. Thus, in the present invention, since the reactive liquid crystal layer is formed by fixing the alignment state of the reactive liquid crystal, it can function as an alignment film for aligning the ferroelectric liquid crystal. In addition, since the reactive liquid crystal layer is fixed, there is an advantage that the alignment is not disturbed even when the temperature is raised above the phase transition point, and the alignment stability is excellent. Furthermore, the reactive liquid crystal is relatively similar in structure to the ferroelectric liquid crystal, and the interaction with the ferroelectric liquid crystal becomes stronger. Therefore, the reactive liquid crystal is more effective than when only the alignment film is used. The orientation can be controlled.
このような反応性液晶としては、ネマチック相を発現するものであることが好ましい。ネマチック相は、液晶層の中でも配向制御が比較的容易であるからである。 Such a reactive liquid crystal preferably exhibits a nematic phase. This is because the nematic phase can be relatively easily controlled in the liquid crystal layer.
また、反応性液晶は、重合性液晶材料を有することが好ましい。これにより、反応性液晶の配向状態を固定化することが可能になるからである。重合性液晶材料としては、重合性液晶モノマー、重合性液晶オリゴマー、および重合性液晶ポリマーのいずれかを用いることができるが、本発明においては、重合性液晶モノマーが好適に用いられる。重合性液晶モノマーは、他の重合性液晶材料、すなわち重合性液晶オリゴマーや重合性液晶ポリマーと比較して、より低温で配向が可能であり、かつ配向に際しての感度も高く、容易に配向させることができるからである。 The reactive liquid crystal preferably has a polymerizable liquid crystal material. This is because the alignment state of the reactive liquid crystal can be fixed. As the polymerizable liquid crystal material, any of a polymerizable liquid crystal monomer, a polymerizable liquid crystal oligomer, and a polymerizable liquid crystal polymer can be used. In the present invention, a polymerizable liquid crystal monomer is preferably used. The polymerizable liquid crystal monomer can be aligned at a lower temperature than other polymerizable liquid crystal materials, that is, a polymerizable liquid crystal oligomer and a polymerizable liquid crystal polymer, and has high sensitivity in alignment, and can be easily aligned. Because you can.
上記重合性液晶モノマーとしては、重合性官能基を有する液晶モノマーであれば特に限定はされなく、例えばモノアクリレートモノマー、ジアクリレートモノマー等が挙げられる。また、これらの重合性液晶モノマーは単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。 The polymerizable liquid crystal monomer is not particularly limited as long as it is a liquid crystal monomer having a polymerizable functional group, and examples thereof include a monoacrylate monomer and a diacrylate monomer. These polymerizable liquid crystal monomers may be used alone or in combination of two or more.
モノアクリレートモノマーとしては、例えば下記式で表される化合物を例示することができる。 As a monoacrylate monomer, the compound represented, for example by a following formula can be illustrated.
上記式において、Ａ、Ｂ、Ｄ、ＥおよびＦはベンゼン、シクロヘキサンまたはピリミジンを表し、これらはハロゲン等の置換基を有していてもよい。また、ＡおよびＢ、あるいはＤおよびＥは、アセチレン基、メチレン基、エステル基等の結合基を介して結合していてもよい。Ｍ１およびＭ２は、水素原子、炭素数３〜９のアルキル基、炭素数３〜９のアルコキシカルボニル基、またはシアノ基のいずれであってもよい。さらに、分子鎖末端のアクリロイルオキシ基とＡまたはＤとは、炭素数３〜６のアルキレン基等のスペーサーを介して結合していてもよい。 In the above formula, A, B, D, E and F represent benzene, cyclohexane or pyrimidine, and these may have a substituent such as halogen. A and B, or D and E may be bonded via a bonding group such as an acetylene group, a methylene group, or an ester group. M 1 and M 2 may be any of a hydrogen atom, an alkyl group having 3 to 9 carbon atoms, an alkoxycarbonyl group having 3 to 9 carbon atoms, or a cyano group. Furthermore, the acryloyloxy group at the end of the molecular chain and A or D may be bonded via a spacer such as an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms.
また、ジアクリレートモノマーとしては、例えば下記式に示すような化合物を挙げることができる。 Moreover, as a diacrylate monomer, the compound as shown to a following formula can be mentioned, for example.
上記式において、ＸおよびＹは、水素、炭素数１〜２０のアルキル、炭素数１〜２０のアルケニル、炭素数１〜２０のアルキルオキシ、炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル、ホルミル、炭素数１〜２０のアルキルカルボニル、炭素数１〜２０のアルキルカルボニルオキシ、ハロゲン、シアノまたはニトロを表す。また、ｍは２〜２０の範囲内の整数を表す。 In the above formula, X and Y are hydrogen, alkyl having 1 to 20 carbons, alkenyl having 1 to 20 carbons, alkyloxy having 1 to 20 carbons, alkyloxycarbonyl having 1 to 20 carbons, formyl, carbon number 1-20 alkylcarbonyl, C1-C20 alkylcarbonyloxy, halogen, cyano or nitro is represented. M represents an integer in the range of 2-20.
さらに、ジアクリレートモノマーとしては、例えば下記式に示すような化合物を挙げることもできる。 Furthermore, examples of the diacrylate monomer include compounds represented by the following formula.
上記式において、Ｚ２１およびＺ２２は、各々独立して直接結合している−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯ−、−ＯＣＯＣＨ２ＣＨ２−を表す。また、ｍは０または１を表し、ｎは２〜８の範囲内の整数を表す。 In the above formula, Z 21 and Z 22 are each independently directly bonded —COO—, —OCO—, —O—, —CH 2 CH 2 —, —CH═CH—, —C≡C—. , -OCH 2 -, - CH 2 O -, - CH 2 CH 2 COO -, - OCOCH 2 CH 2 - represents a. M represents 0 or 1, and n represents an integer in the range of 2-8.
本発明においては、中でも上記式（１）および上記式（２）で表される化合物が好適に用いられる。また、上記式（１）に示す化合物の場合、Ｘとしては、炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル、メチルまたは塩素であることが好ましく、中でも炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル、特にＣＨ３（ＣＨ２）４ＯＣＯであることが好ましい。 In the present invention, among them, compounds represented by the above formula (1) and the above formula (2) are preferably used. In the case of the compound represented by the above formula (1), X is preferably an alkyloxycarbonyl having 1 to 20 carbon atoms, methyl or chlorine, and particularly an alkyloxycarbonyl having 1 to 20 carbon atoms, particularly CH 3. Preferably it is (CH 2 ) 4 OCO.
本発明に用いられる重合性液晶モノマーは、上記の中でもジアクリレートモノマーであることが好ましい。ジアクリレートモノマーは、配向状態を良好に維持したまま容易に重合させることができるからである。 Among the above, the polymerizable liquid crystal monomer used in the present invention is preferably a diacrylate monomer. This is because the diacrylate monomer can be easily polymerized while maintaining the orientation state in a good state.
上述した重合性液晶モノマーはそれ自体がネマチック相を発現するものでなくてもよい。本発明において、これらの重合性液晶モノマーは上述したように２種以上を混合して用いてもよいものであり、これらを混合した組成物すなわち反応性液晶が、ネマチック相を発現するものであればよいからである。 The polymerizable liquid crystal monomer described above does not have to exhibit a nematic phase. In the present invention, these polymerizable liquid crystal monomers may be used as a mixture of two or more as described above, and the composition in which these are mixed, that is, the reactive liquid crystal exhibits a nematic phase. It is because it is good.
さらに本発明においては、必要に応じて上記反応性液晶に光重合開始剤や重合禁止剤を添加してもよい。例えば、電子線照射により重合性液晶材料を重合させる際には、光重合開始剤が不要な場合はあるが、一般的に用いられている例えば紫外線照射による重合の場合は、通常光重合開始剤が重合促進のために用いられるからである。 Furthermore, in this invention, you may add a photoinitiator and a polymerization inhibitor to the said reactive liquid crystal as needed. For example, when a polymerizable liquid crystal material is polymerized by electron beam irradiation, a photopolymerization initiator may not be necessary. However, in the case of polymerization by, for example, ultraviolet irradiation, a photopolymerization initiator is usually used. Is used for promoting polymerization.
本発明に用いることができる光重合開始剤としては、ベンジル（ビベンゾイルとも言う）、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、４−ベンゾイル−４´−メチルジフェニルサルファイド、ベンジルメチルケタール、ジメチルアミノメチルベンゾエート、２−ｎ−ブトキシエチル−４−ジメチルアミノベンゾエート、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、３，３´−ジメチル−４−メトキシベンゾフェノン、メチロベンゾイルフォーメート、２−メチル−１−（４−（メチルチオ）フェニル）−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オン、１−（４−ドデシルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、２−クロロチオキサントン、２，４−ジエチルチオキサントン２，４−ジイソプロピルチオキサントン、２，４−ジメチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、１−クロロ−４−プロポキシチオキサントン等を挙げることができる。なお、光重合開始剤の他に増感剤を、本発明の目的が損なわれない範囲で添加することも可能である。 Examples of the photopolymerization initiator that can be used in the present invention include benzyl (also referred to as bibenzoyl), benzoin isobutyl ether, benzoin isopropyl ether, benzophenone, benzoylbenzoic acid, methyl benzoylbenzoate, and 4-benzoyl-4'-methyldiphenyl sulfide. Benzylmethyl ketal, dimethylaminomethylbenzoate, 2-n-butoxyethyl-4-dimethylaminobenzoate, isoamyl p-dimethylaminobenzoate, 3,3′-dimethyl-4-methoxybenzophenone, methylobenzoyl formate, 2 -Methyl-1- (4- (methylthio) phenyl) -2-morpholinopropan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butan-1-one, -(4- Dodecylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, 1- (4-isopropylphenyl)- 2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, 2-chlorothioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone 2,4-diisopropylthioxanthone, 2,4-dimethylthioxanthone, isopropylthioxanthone, 1-chloro-4-propoxythioxanthone, etc. Can be mentioned. In addition to the photopolymerization initiator, it is also possible to add a sensitizer as long as the object of the present invention is not impaired.
このような光重合開始剤の添加量としては、一般的には０．０１〜２０重量％、好ましくは０．１〜１０重量％、より好ましくは０．５〜５重量％の範囲で上記反応性液晶に添加することができる。 The amount of the photopolymerization initiator added is generally 0.01 to 20% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight, more preferably 0.5 to 5% by weight. It can be added to the liquid crystal.
上記のような反応性液晶を固定化してなる反応性液晶層の厚みは１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内である。反応性液晶層が上記範囲を超えて厚くなると必要以上の異方性が生じてしまい、また上記範囲より薄いと所定の異方性が得られない場合があるからである。したがって、反応性液晶層の厚みは、必要な異方性に準じて決定すればよい。 The thickness of the reactive liquid crystal layer formed by immobilizing the reactive liquid crystal as described above is preferably in the range of 1 nm to 1000 nm, and more preferably in the range of 10 nm to 200 nm. This is because if the reactive liquid crystal layer is thicker than the above range, anisotropy more than necessary occurs, and if it is thinner than the above range, the predetermined anisotropy may not be obtained. Therefore, the thickness of the reactive liquid crystal layer may be determined according to the required anisotropy.
次に、反応性液晶層の形成方法について説明する。反応性液晶層は、第１配向膜上に上記反応性液晶を含む反応性液晶層用塗工液を塗布し、配向処理を行い、上記反応性液晶の配向状態を固定化することにより形成することができる。 Next, a method for forming the reactive liquid crystal layer will be described. The reactive liquid crystal layer is formed by applying a reactive liquid crystal layer coating liquid containing the reactive liquid crystal on the first alignment film, performing an alignment treatment, and fixing the alignment state of the reactive liquid crystal. be able to.
また、反応性液晶層用塗工液を塗布するのではなく、ドライフィルム等をあらかじめ形成し、これを第１配向膜上に積層する方法も用いることができるが、本発明においては、反応性液晶を溶媒に溶解させて反応性液晶層用塗工液を調製し、これを第１配向膜上に塗布し、溶媒を除去する方法を用いることが好ましい。この方法は、工程上比較的簡便であるからである。 Further, instead of applying the coating liquid for the reactive liquid crystal layer, a method of forming a dry film or the like in advance and laminating it on the first alignment film can also be used. It is preferable to use a method in which a liquid crystal is dissolved in a solvent to prepare a coating liquid for a reactive liquid crystal layer, which is applied onto the first alignment film, and the solvent is removed. This is because this method is relatively simple in terms of steps.
上記反応性液晶層用塗工液に用いる溶媒としては、上記反応性液晶等を溶解することができ、かつ第１配向膜の配向能を阻害しないものであれば特に限定はされない。例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、ｎ−ブチルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラリン等の炭化水素類；メトキシベンゼン、１，２−ジメトキシベンゼン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、２，４−ペンタンジオン等のケトン類；酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類；２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒；ｔ−ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、グリセリン、モノアセチン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール等のアルコール類；フェノール、パラクロロフェノール等のフェノール類；メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のセロソルブ類等の１種または２種以上が使用可能である。 The solvent used in the coating liquid for the reactive liquid crystal layer is not particularly limited as long as it can dissolve the reactive liquid crystal and the like and does not inhibit the alignment ability of the first alignment film. For example, hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, n-butylbenzene, diethylbenzene and tetralin; ethers such as methoxybenzene, 1,2-dimethoxybenzene and diethylene glycol dimethyl ether; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, 2 Ketones such as 1,4-pentanedione; esters such as ethyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, γ-butyrolactone; 2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethyl Amide solvents such as acetamide; t-butyl alcohol, diacetone alcohol, glycerin, monoacetin, ethylene glycol, triethyleneglycol Alcohols such as hexylene glycol, phenols, phenols such as phenol and parachlorophenol, and one or more cellosolves such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, and ethylene glycol monomethyl ether acetate can be used. .
また、単一種の溶媒を使用しただけでは、上記反応性液晶等の溶解性が不十分であったり、上述したように第１配向膜が侵食されたりする場合がある。しかしながら、２種以上の溶媒を混合使用することにより、この不都合を回避することができる。上記の溶媒のなかにあって、単独溶媒として好ましいものは、炭化水素類とグリコールモノエーテルアセテート系溶媒であり、混合溶媒として好ましいのは、エーテル類またはケトン類と、グリコール系溶媒との混合系である。反応性液晶層用塗工液の濃度は、反応性液晶の溶解性や、形成しようとする反応性液晶層の厚みに依存するため一概には規定できないが、通常は１〜６０重量％、好ましくは３〜４０重量％の範囲で調整される。 Further, if only a single type of solvent is used, the solubility of the reactive liquid crystal or the like may be insufficient, or the first alignment film may be eroded as described above. However, this inconvenience can be avoided by using a mixture of two or more solvents. Among the above-mentioned solvents, hydrocarbons and glycol monoether acetate solvents are preferable as the sole solvent, and mixed solvents of ethers or ketones and glycol solvents are preferable as the mixed solvent. It is. The concentration of the coating liquid for the reactive liquid crystal layer depends on the solubility of the reactive liquid crystal and the thickness of the reactive liquid crystal layer to be formed, but cannot be defined unconditionally, but usually 1 to 60% by weight, preferably Is adjusted in the range of 3 to 40% by weight.
さらに、上記反応性液晶層用塗工液には、本発明の目的を損なわない範囲内で、下記に示すような化合物を添加することができる。添加できる化合物としては、例えば、多価アルコールと１塩基酸または多塩基酸を縮合して得られるポリエステルプレポリマーに、（メタ）アクリル酸を反応させて得られるポリエステル（メタ）アクリレート；ポリオール基と２個のイソシアネート基を持つ化合物を互いに反応させた後、その反応生成物に（メタ）アクリル酸を反応させて得られるポリウレタン（メタ）アクリレート；ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリカルボン酸ポリグリシジルエステル、ポリオールポリグリシジルエーテル、脂肪族または脂環式エポキシ樹脂、アミンエポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂と、（メタ）アクリル酸を反応させて得られるエポキシ（メタ）アクリレート等の光重合性化合物；アクリル基やメタクリル基を有する光重合性の液晶性化合物等が挙げられる。上記反応性液晶に対するこれら化合物の添加量は、本発明の目的が損なわれない範囲で選択される。これらの化合物の添加により、反応性液晶の硬化性が向上し、得られる反応性液晶層の機械強度が増大し、またその安定性が改善される。 Furthermore, the following compounds can be added to the reactive liquid crystal layer coating liquid within the range not impairing the object of the present invention. Examples of compounds that can be added include polyester (meth) acrylate obtained by reacting (meth) acrylic acid with a polyester prepolymer obtained by condensing polyhydric alcohol and monobasic acid or polybasic acid; A polyurethane (meth) acrylate obtained by reacting a compound having two isocyanate groups with each other and then reacting the reaction product with (meth) acrylic acid; bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, novolak Type epoxy resins, polycarboxylic acid polyglycidyl esters, polyol polyglycidyl ethers, aliphatic or cycloaliphatic epoxy resins, amine epoxy resins, triphenolmethane type epoxy resins, dihydroxybenzene type epoxy resins and the like (meth) Acry Photopolymerizable compound in epoxy (meth) acrylate obtained by reacting an acid; photopolymerizable liquid crystal compound having an acryl group or methacryl group and the like. The amount of these compounds added to the reactive liquid crystal is selected within a range that does not impair the object of the present invention. Addition of these compounds improves the curability of the reactive liquid crystal, increases the mechanical strength of the resulting reactive liquid crystal layer, and improves its stability.
このような反応性液晶層用塗工液を塗布する方法としては、スピンコート法、ロールコート法、プリント法、ディップコート法、カーテンコート法(ダイコート法)、キャスティング法、バーコート法、ブレードコート法、スプレーコート法、グラビアコート法、リバースコート法、押し出しコート法等が挙げられる。 Examples of the method for applying such a coating liquid for a reactive liquid crystal layer include spin coating, roll coating, printing, dip coating, curtain coating (die coating), casting, bar coating, and blade coating. Method, spray coating method, gravure coating method, reverse coating method, extrusion coating method and the like.
また、上記反応性液晶層用塗工液を塗布した後は、溶媒を除去するのであるが、この溶媒の除去は、例えば、減圧除去もしくは加熱除去、さらにはこれらを組み合わせる方法等により行われる。 Further, after the reactive liquid crystal layer coating liquid is applied, the solvent is removed. The removal of the solvent is performed, for example, by removing under reduced pressure or removing by heating, or by a combination of these.
本発明においては、上述したように塗布された反応性液晶を、第１配向膜により配向させて液晶規則性を有する状態とする。すなわち、反応性液晶にネマチック相を発現させる。これは、通常はＮ−Ｉ転移点以下で熱処理する方法等の方法により行われる。ここで、Ｎ−Ｉ転移点とは、液晶相から等方相へ転移する温度を示すものである。 In the present invention, the reactive liquid crystal applied as described above is aligned by the first alignment film so as to have liquid crystal regularity. That is, a nematic phase is developed in the reactive liquid crystal. This is usually performed by a method such as a method of performing a heat treatment below the NI transition point. Here, the NI transition point indicates the temperature at which the liquid crystal phase transitions to the isotropic phase.
上述したように、反応性液晶は重合性液晶材料を有するものであり、このような重合性液晶材料の配向状態を固定化するには、重合を活性化する活性放射線を照射する方法が用いられる。ここでいう活性放射線とは、重合性液晶材料に対して重合を起こさせる能力がある放射線をいい、必要であれば重合性液晶材料内に光重合開始剤が含まれていてもよい。 As described above, the reactive liquid crystal has a polymerizable liquid crystal material, and in order to fix the alignment state of such a polymerizable liquid crystal material, a method of irradiating active radiation that activates polymerization is used. . The active radiation as used herein refers to radiation capable of causing polymerization of the polymerizable liquid crystal material. If necessary, a photopolymerization initiator may be included in the polymerizable liquid crystal material.
このような活性放射線としては、重合性液晶材料を重合させることが可能な放射線であれば特に限定されるものではないが、通常は装置の容易性等の観点から紫外光または可視光線が使用され、波長が１５０〜５００ｎｍ、好ましくは２５０〜４５０、さらに好ましくは３００〜４００ｎｍの照射光が用いられる。 The actinic radiation is not particularly limited as long as it is a radiation capable of polymerizing the polymerizable liquid crystal material, but usually ultraviolet light or visible light is used from the viewpoint of the ease of the apparatus. Irradiation light having a wavelength of 150 to 500 nm, preferably 250 to 450, more preferably 300 to 400 nm is used.
本発明においては、光重合開始剤が紫外線でラジカルを発生し、重合性液晶材料がラジカル重合するような重合性液晶材料に対して、紫外線を活性放射線として照射する方法が好ましい方法であるといえる。活性放射線として紫外線を用いる方法は、既に確立された技術であることから、用いる光重合開始剤を含めて、本発明への応用が容易であるからである。 In the present invention, a method of irradiating ultraviolet rays with active radiation to a polymerizable liquid crystal material in which the photopolymerization initiator generates radicals with ultraviolet rays and the polymerizable liquid crystal material undergoes radical polymerization is a preferable method. . This is because the method using ultraviolet rays as actinic radiation is an already established technique, and therefore it can be easily applied to the present invention including the photopolymerization initiator to be used.
この照射光の光源としては、低圧水銀ランプ（殺菌ランプ、蛍光ケミカルランプ、ブラックライト）、高圧放電ランプ（高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ）、ショートアーク放電ランプ（超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ）などが例示できる。なかでもメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ等の使用が推奨される。また、照射強度は、反応性液晶の組成や光重合開始剤の多寡によって適宜調整されて照射される。 As the light source of this irradiation light, low pressure mercury lamp (sterilization lamp, fluorescent chemical lamp, black light), high pressure discharge lamp (high pressure mercury lamp, metal halide lamp), short arc discharge lamp (super high pressure mercury lamp, xenon lamp, mercury xenon) Lamp). In particular, the use of metal halide lamps, xenon lamps, high-pressure mercury lamps, etc. is recommended. The irradiation intensity is appropriately adjusted according to the composition of the reactive liquid crystal and the amount of photopolymerization initiator.
このような活性照射線の照射は、上記重合性液晶材料が液晶相となる温度条件で行ってもよく、また液晶相となる温度より低い温度で行ってもよい。一旦液晶相となった重合性液晶材料は、その後温度を低下させても、配向状態が急に乱れることはないからである。 Such irradiation with active radiation may be performed under a temperature condition in which the polymerizable liquid crystal material becomes a liquid crystal phase, or may be performed at a temperature lower than the temperature at which the liquid crystal phase is formed. This is because the alignment state of the polymerizable liquid crystal material once in the liquid crystal phase is not disturbed suddenly even if the temperature is lowered thereafter.
なお、重合性液晶材料の配向状態を固定化する方法としては、上記の活性放射線を照射する方法以外にも、加熱して重合性液晶材料を重合させる方法も用いることができる。 As a method for fixing the alignment state of the polymerizable liquid crystal material, in addition to the method of irradiating the active radiation, a method of polymerizing the polymerizable liquid crystal material by heating can also be used.
（ii）第１配向膜
次に、本発明に用いられる第１配向膜について説明する。本発明に用いられる第１配向膜は、上記反応性液晶を配向させることができ、さらに上記反応性液晶の配向状態を固定化する際に悪影響を及ぼさないものであれば特に限定されない。例えばラビング処理、光配向処理等を施したものを用いることができるが、本発明においては光配向処理を施した光配向膜を用いることが好ましい。光配向処理は非接触配向処理であることから静電気や塵の発生がなく、定量的な配向処理の制御ができる点で有用であるからである。
(Ii) First Alignment Film Next, the first alignment film used in the present invention will be described. The first alignment film used in the present invention is not particularly limited as long as it can align the reactive liquid crystal and does not adversely affect the alignment state of the reactive liquid crystal. For example, a material subjected to a rubbing treatment, a photo-alignment treatment or the like can be used, but in the present invention, a photo-alignment film subjected to a photo-alignment treatment is preferably used. This is because the photo-alignment process is a non-contact alignment process, which is useful in that it does not generate static electricity or dust and can quantitatively control the alignment process.
なお、光配向膜の構成材料、および光配向処理方法等に関しては、後述する対向基板の第２配向膜の欄に記載するため、ここでの説明は省略する。 The constituent material of the photo-alignment film, the photo-alignment processing method, and the like are described in the column of the second alignment film of the counter substrate described later, and thus the description thereof is omitted here.
（iii）第１基板
本発明に用いられる第１基板は、一般に液晶表示素子の基板として用いられるものであれば特に限定されるものではなく、例えばガラス板、プラスチック板などが好ましく挙げられる。上記第１基板の表面粗さ（ＲＳＭ値）は、１０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以下の範囲内である。なお、本発明において上記表面粗さは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：ＡＴＯＭＩＣ ＦＯＲＣＥ ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ）により測定することができる。
(Iii) 1st board | substrate The 1st board | substrate used for this invention will not be specifically limited if generally used as a board | substrate of a liquid crystal display element, For example, a glass plate, a plastic plate, etc. are mentioned preferably. The surface roughness (RSM value) of the first substrate is preferably 10 nm or less, more preferably 3 nm or less, and still more preferably 1 nm or less. In the present invention, the surface roughness can be measured by an atomic force microscope (AFM: ATOMIC FORCE MICROSCOPE).
（iv）電極層
本発明に用いられる電極層は、一般に液晶表示素子の電極層として用いられているものであれば特に限定されるものではないが、少なくとも一方が透明導電体で形成されることが好ましい。透明導電体材料としては、酸化インジウム、酸化錫、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等が好ましく挙げられる。特に、ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子とする場合には、第１電極層および第２電極層のうち一方を上記透明導電体で形成される全面共通電極とし、他方をｘ電極とｙ電極をマトリックス状に配列し、ｘ電極とｙ電極で囲まれた部分にＴＦＴ素子および画素電極を配置することが好ましい。この場合に、画素電極、ＴＦＴ素子、ｘ電極およびｙ電極により形成される電極層の凹凸部の差は、０．２μｍ以下であることが好ましい。電極層の凹凸部の差が０．２μｍを超えると、配向乱れを生じやすいからである。
(Iv) Electrode layer The electrode layer used in the present invention is not particularly limited as long as it is generally used as an electrode layer of a liquid crystal display element, but at least one of them is formed of a transparent conductor. Is preferred. Preferred examples of the transparent conductor material include indium oxide, tin oxide, indium tin oxide (ITO), and the like. In particular, when an active matrix type liquid crystal display element using a TFT element is used, one of the first electrode layer and the second electrode layer is a whole surface common electrode formed of the transparent conductor, and the other is an x electrode. It is preferable that the and y electrodes are arranged in a matrix and the TFT element and the pixel electrode are arranged in a portion surrounded by the x and y electrodes. In this case, it is preferable that the difference between the uneven portions of the electrode layer formed by the pixel electrode, the TFT element, the x electrode, and the y electrode is 0.2 μm or less. This is because if the difference between the concave and convex portions of the electrode layer exceeds 0.2 μm, alignment disorder is likely to occur.
上記電極は、上記基板上にＣＶＤ法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の蒸着方法により透明導電膜を形成することができ、これをマトリックス状にパターニングすることによりｘ電極およびｙ電極を形成することができる。 As the electrode, a transparent conductive film can be formed on the substrate by a vapor deposition method such as a CVD method, a sputtering method, or an ion plating method, and the x electrode and the y electrode are formed by patterning this in a matrix. be able to.
（２）対向基板
次に、本発明に用いられる対向基板について説明する。本発明における対向基板は、第２基板と、この第２基板上に形成された電極層と、この電極層上に形成された第２配向膜とを有するものである。以下、このような対向基板の各構成について説明するが、第２基板については上記反応性液晶側基板の第１基板の欄で、電極層については上記反応性液晶側基板の電極層の欄で説明したものと同じものを用いることができるので、ここでの説明は省略する。
(2) Counter substrate Next, the counter substrate used in the present invention will be described. The counter substrate in the present invention includes a second substrate, an electrode layer formed on the second substrate, and a second alignment film formed on the electrode layer. Hereinafter, each configuration of such a counter substrate will be described. The second substrate is described in the column of the first substrate of the reactive liquid crystal side substrate, and the electrode layer is described in the column of the electrode layer of the reactive liquid crystal side substrate. Since the same thing as what was demonstrated can be used, description here is abbreviate | omitted.
（ｉ）第２配向膜
本発明に用いられる第２配向膜としては、強誘電性液晶を配向させることができるものであれば特に限定はされない。このような第２配向膜としては、例えばラビング処理、光配向処理等を施したものを用いることができるが、本発明においては光配向処理を施した光配向膜を用いることが好ましい。光配向処理は非接触配向処理であることから静電気や塵の発生がなく、定量的な配向処理の制御ができる点で有用であるからである。以下、このような光配向膜について説明する。
(I) Second alignment film The second alignment film used in the present invention is not particularly limited as long as the ferroelectric liquid crystal can be aligned. As such a second alignment film, for example, a film subjected to a rubbing process, a photo-alignment process or the like can be used. In the present invention, a photo-alignment film subjected to a photo-alignment process is preferably used. This is because the photo-alignment process is a non-contact alignment process, which is useful in that it does not generate static electricity or dust and can quantitatively control the alignment process. Hereinafter, such a photo-alignment film will be described.
（光配向膜）
光配向膜は、後述する光配向膜の構成材料を塗布した基板に偏光を制御した光を照射し、光励起反応（分解、異性化、二量化）を生じさせて得られた膜に異方性を付与することによりその膜上の液晶分子を配向させるものである。
(Photo-alignment film)
The photo-alignment film is anisotropic to the film obtained by irradiating the substrate coated with the constituent material of the photo-alignment film, which will be described later, with light whose polarization is controlled to cause a photoexcitation reaction (decomposition, isomerization, dimerization). Is used to align the liquid crystal molecules on the film.
本発明に用いられる光配向膜の構成材料は、光を照射して光励起反応を生じることにより、強誘電性液晶を配向させる効果（光配列性：ｐｈｏｔｏａｌｉｇｎｉｎｇ）を有するものであれば特に限定されるものではなく、このような材料としては、大きく、光反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する光反応型の材料と、光異性化反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する光異性化反応型の材料とに分けることができる。なお、上記光配向膜の構成材料が光励起反応を生じる光の波長領域は、紫外光域の範囲内、すなわち１０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内であることが好ましく、２５０ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。以下、それぞれについて説明する。 The constituent material of the photo-alignment film used in the present invention is particularly limited as long as it has the effect of aligning the ferroelectric liquid crystal (photo-alignment) by irradiating light and causing a photoexcitation reaction. However, such materials are large, photoreactive materials that impart anisotropy to the photoalignment film by causing a photoreaction, and anisotropic to the photoalignment film by causing a photoisomerization reaction. It can be divided into photoisomerization reaction type materials that impart properties. In addition, the wavelength region of light in which the constituent material of the photo-alignment film causes a photoexcitation reaction is preferably in the ultraviolet region, that is, in the range of 10 nm to 400 nm, and preferably in the range of 250 nm to 380 nm. More preferred. Each will be described below.
（光反応型）
まず、光反応型の構成材料について説明する。上述したように、光反応型の構成材料とは、光反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する材料である。本発明に用いられる光反応型の構成材料としては、このような特性を有するものであれば特に限定されるものではないが、これらの中でも、光二量化反応または光分解反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する材料であることが好ましい。
(Photoreactive type)
First, a photoreactive component material will be described. As described above, the photoreactive component material is a material that imparts anisotropy to the photoalignment film by causing a photoreaction. The photoreactive type constituent material used in the present invention is not particularly limited as long as it has such characteristics, but among these, the above light can be produced by causing a photodimerization reaction or a photolysis reaction. A material that imparts anisotropy to the alignment film is preferred.
ここで、光二量化反応とは、光照射により偏光方向に配向した反応部位がラジカル重合して分子２個が重合する反応をいい、この反応により偏光方向の配向を安定化し、光配向膜に異方性を付与することができるものである。一方、光分解反応とは、光照射により偏光方向に配向したポリイミドなどの分子鎖を分解する反応をいい、この反応により偏光方向に垂直な方向に配向した分子鎖を残し、光配向膜に異方性を付与することができるものである。本発明においては、これらの光反応型の材料の中でも、露光感度が高く、材料選択の幅が広いことから、光二量化反応により光配向膜に異方性を付与する材料を用いることがより好ましい。 Here, the photodimerization reaction refers to a reaction in which a reaction site oriented in the polarization direction by light irradiation undergoes radical polymerization and two molecules are polymerized. This reaction stabilizes the orientation in the polarization direction and makes the photo-alignment film different. It is possible to impart directionality. On the other hand, the photodecomposition reaction is a reaction that decomposes molecular chains such as polyimide oriented in the polarization direction by light irradiation. This reaction leaves a molecular chain oriented in the direction perpendicular to the polarization direction, and is different from the photo-alignment film. It is possible to impart directionality. In the present invention, among these photoreactive materials, it is more preferable to use a material that imparts anisotropy to the photoalignment film by a photodimerization reaction because of high exposure sensitivity and a wide range of material selection. .
このような光二量化反応を利用した光反応型の材料としては、光二量化反応により光配向膜に異方性を付与することができる材料であれば特に限定されるものではないが、ラジカル重合性の官能基を有し、かつ、偏光方向により吸収を異にする二色性を有する光二量化反応性化合物を含むことが好ましい。偏光方向に配向した反応部位をラジカル重合することにより、光二量化反応性化合物の配向が安定化し、光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。 The photoreactive material utilizing such a photodimerization reaction is not particularly limited as long as it is a material that can impart anisotropy to the photoalignment film by the photodimerization reaction, but is radically polymerizable. It is preferable that the photodimerization reactive compound which has the dichroism which has the functional group of this and has dichroism which makes absorption different with polarization directions is included. This is because by radical polymerization of the reaction site oriented in the polarization direction, the orientation of the photodimerization reactive compound is stabilized and anisotropy can be easily imparted to the photo-alignment film.
このような特性を有する光二量化反応性化合物としては、側鎖としてケイ皮酸エステル、クマリン、キノリン、カルコン基およびシンナモイル基から選ばれる少なくとも１種の反応部位を有する二量化反応性ポリマーを挙げることができる。 Examples of the photodimerization reactive compound having such characteristics include a dimerization reactive polymer having at least one reactive site selected from cinnamate ester, coumarin, quinoline, chalcone group and cinnamoyl group as a side chain. Can do.
これらの中でも光二量化反応性化合物としては、側鎖としてケイ皮酸エステル、クマリンまたはキノリンのいずれかを含む二量化反応性ポリマーであることが好ましい。偏光方向に配向したα、β不飽和ケトンの二重結合が反応部位となってラジカル重合することにより、光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。 Among these, the photodimerization reactive compound is preferably a dimerization reactive polymer containing cinnamate, coumarin or quinoline as a side chain. This is because anisotropy can be easily imparted to the photo-alignment film by radical polymerization of α and β unsaturated ketone double bonds aligned in the polarization direction as reaction sites.
上記二量化反応性ポリマーの主鎖としては、ポリマー主鎖として一般に知られているものであれば特に限定されるものではないが、芳香族炭化水素基などの、上記側鎖の反応部位同士の相互作用を妨げるようなπ電子を多く含む置換基を有していないものであることが好ましい。 The main chain of the dimerization reactive polymer is not particularly limited as long as it is generally known as a polymer main chain, but the reaction sites of the side chains such as aromatic hydrocarbon groups are not limited. It is preferable that it does not have a substituent containing a lot of π electrons that hinders the interaction.
上記二量化反応性ポリマーの重量平均分子量は、特に限定されるものではないが、５，０００〜４０，０００の範囲内であることが好ましく、１０，０００〜２０，０００の範囲内であることがより好ましい。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）法により測定することができる。上記二量化反応性ポリマーの重量平均分子量が小さすぎると、光配向膜に適度な異方性を付与することができない場合がある。逆に、大きすぎると、光配向膜形成時の塗工液の粘度が高くなり、均一な塗膜を形成しにくい場合がある。 The weight average molecular weight of the dimerization reactive polymer is not particularly limited, but is preferably in the range of 5,000 to 40,000, and is preferably in the range of 10,000 to 20,000. Is more preferable. The weight average molecular weight can be measured by a gel permeation chromatography (GPC) method. If the weight-average molecular weight of the dimerization reactive polymer is too small, it may not be possible to impart appropriate anisotropy to the photo-alignment film. On the other hand, if it is too large, the viscosity of the coating liquid at the time of forming the photo-alignment film becomes high and it may be difficult to form a uniform coating film.
二量化反応性ポリマーとしては、下記式で表される化合物を例示することができる。 As a dimerization reactive polymer, the compound represented by a following formula can be illustrated.
上記式において、Ｍ１１およびＭ１２は、それぞれ独立して、単重合体または共重合体の単量体単位を表す。例えば、エチレン、アクリレート、メタクリレート、２−クロロアクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、２−クロロアクリルアミド、スチレン誘導体、マレイン酸誘導体、シロキサンなどが挙げられる。Ｍ１２としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリレート、メチルメタクリレート、ヒドロキシアルキルアクリレートまたはヒドロキシアルキルメタクリレートであってもよい。ｘおよびｙは、共重合体とした場合の各単量体単位のモル比を表すものであり、それぞれ、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１であり、かつ、ｘ＋ｙ＝１を満たす数である。ｎは４〜３０，０００の整数を表す。Ｄ１およびＤ２は、スペーサー単位を表す。 In the above formula, M 11 and M 12 each independently represent a monomer unit of a monopolymer or a copolymer. Examples thereof include ethylene, acrylate, methacrylate, 2-chloroacrylate, acrylamide, methacrylamide, 2-chloroacrylamide, styrene derivatives, maleic acid derivatives, and siloxane. M 12 may be acrylonitrile, methacrylonitrile, methacrylate, methyl methacrylate, hydroxyalkyl acrylate or hydroxyalkyl methacrylate. x and y represent the molar ratio of each monomer unit in the case of a copolymer, and are numbers satisfying 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1 and satisfying x + y = 1, respectively. It is. n represents an integer of 4 to 30,000. D 1 and D 2 represent a spacer unit.
Ｒ１は−Ａ１−（Ｚ１−Ｂ１）ｚ−Ｚ２−で表される基であり、Ｒ２は−Ａ１−（Ｚ１−Ｂ１）ｚ−Ｚ３−で表される基である。ここで、Ａ１およびＢ１は、それぞれ独立して、共有単結合、ピリジン−２，５−ジイル、ピリミジン−２，５−ジイル、１，４−シクロヘキシレン、１，３−ジオキサン−２，５−ジイル、または置換基を有していてもよい１，４−フェニレンを表す。また、Ｚ１およびＺ２は、それぞれ独立して、共有単結合、−ＣＨ２−ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＯＮＲ−、−ＲＮＣＯ−、−ＣＯＯ−または−ＯＯＣ−を表す。Ｒは、水素原子または低級アルキル基であり、Ｚ３は、水素原子、置換基を有していてもよい、炭素数１〜１２のアルキルまたはアルコキシ、シアノ、ニトロ、ハロゲンである。ｚは、０〜４の整数である。Ｅ１は、光二量化反応部位を表し、例えば、ケイ皮酸エステル、クマリン、キノリン、カルコン基、シンナモイル基などが挙げられる。ｊおよびｋは、それぞれ独立して、０または１である。 R 1 is a group represented by -A 1- (Z 1 -B 1 ) z -Z 2- , and R 2 is represented by -A 1- (Z 1 -B 1 ) z -Z 3-. It is a group. Here, A 1 and B 1 are each independently a covalent single bond, pyridine-2,5-diyl, pyrimidine-2,5-diyl, 1,4-cyclohexylene, 1,3-dioxane-2, It represents 5-diyl or 1,4-phenylene which may have a substituent. Z 1 and Z 2 are each independently a covalent single bond, —CH 2 —CH 2 —, —CH 2 O—, —OCH 2 —, —CONR—, —RNCO—, —COO— or — Represents OOC-. R is a hydrogen atom or a lower alkyl group, and Z 3 is a hydrogen atom or an alkyl or alkoxy having 1 to 12 carbon atoms, which may have a substituent, cyano, nitro, or halogen. z is an integer of 0-4. E 1 represents a photodimerization reaction site, and examples thereof include cinnamic acid ester, coumarin, quinoline, chalcone group, cinnamoyl group and the like. j and k are each independently 0 or 1.
このような二量化反応性ポリマーとして、より好ましくは、下記式で表される化合物を挙げることができる。 As such a dimerization reactive polymer, More preferably, the compound represented by a following formula can be mentioned.
上記二量化反応性ポリマーの中でも、下記式で表される化合物１〜４の少なくとも一つであることが特に好ましい。 Among the dimerization reactive polymers, at least one of compounds 1 to 4 represented by the following formula is particularly preferable.
本発明においては、光二量化反応性化合物として、上述した化合物の中から、要求特性に応じて光二量化反応部位や置換基を種々選択することができる。また、光二量化反応性化合物は、１種単独でも２種以上を組み合わせて用いることもできる。 In the present invention, as the photodimerization reactive compound, various photodimerization reaction sites and substituents can be selected from the above-mentioned compounds according to required characteristics. Moreover, the photodimerization reactive compound can also be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
また、光二量化反応を利用した光反応型の材料としては、上記光二量化反応性化合物のほか、光配向膜の光配列性を妨げない範囲内で添加剤を含んでいてもよい。上記添加剤としては、重合開始剤、重合禁止剤などが挙げられる。 In addition to the photodimerization reactive compound, the photoreactive material using photodimerization reaction may contain an additive within a range that does not interfere with the photoalignment property of the photoalignment film. Examples of the additive include a polymerization initiator and a polymerization inhibitor.
重合開始剤または重合禁止剤は、一般に公知の化合物の中から、光二量化反応性化合物の種類によって適宜選択して用いればよい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光二量化反応性化合物に対し、０．００１重量％〜２０重量％の範囲内であることが好ましく、０．１重量％〜５重量％の範囲内であることがより好ましい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量が小さすぎると重合が開始（禁止）されない場合があり、逆に大きすぎると、反応が阻害される場合があるからである。 The polymerization initiator or polymerization inhibitor may be appropriately selected from generally known compounds according to the type of the photodimerization reactive compound. The addition amount of the polymerization initiator or the polymerization inhibitor is preferably in the range of 0.001% by weight to 20% by weight, and in the range of 0.1% by weight to 5% by weight with respect to the photodimerization reactive compound. It is more preferable that This is because if the addition amount of the polymerization initiator or polymerization inhibitor is too small, the polymerization may not be started (prohibited), whereas if too large, the reaction may be inhibited.
なお、光分解反応を利用した光反応型の材料としては、例えば日産化学工業（株）製のポリイミド「ＲＮ１１９９」などを挙げることができる。 In addition, as a photoreactive type material using a photodecomposition reaction, the polyimide "RN1199" by Nissan Chemical Industries Ltd. etc. can be mentioned, for example.
次に、上記光反応型の材料を用いた場合の光配向処理方法について説明する。本発明において、光配向処理方法は、光配向膜に異方性を付与することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、電極層が設けられた基板の液晶層と対向する面上に、上述した光配向膜の構成材料を有機溶剤で希釈した塗工液をコーティングし、乾燥させることにより行うことができる。この場合に、塗工液中の光二量化反応性化合物の含有量は、０．０５重量％〜１０重量％の範囲内であることが好ましく、０．２重量％〜２重量％の範囲内であることがより好ましい。光二量化反応性化合物の含有量が小さすぎると、配向膜に適度な異方性を付与することが困難となり、逆に大きすぎると、塗工液の粘度が高くなるので均一な塗膜を形成しにくくなるからである。 Next, a photo-alignment processing method using the photoreactive material will be described. In the present invention, the photo-alignment treatment method is not particularly limited as long as anisotropy can be imparted to the photo-alignment film. For example, the photo-alignment processing method faces the liquid crystal layer of the substrate provided with the electrode layer. The surface can be coated with a coating solution obtained by diluting the constituent material of the photo-alignment film with an organic solvent and dried. In this case, the content of the photodimerization reactive compound in the coating liquid is preferably in the range of 0.05% by weight to 10% by weight, and in the range of 0.2% by weight to 2% by weight. More preferably. If the content of the photodimerization reactive compound is too small, it will be difficult to impart adequate anisotropy to the alignment film. Conversely, if the content is too large, the viscosity of the coating solution will increase, and a uniform coating will be formed. Because it becomes difficult to do.
コーティング法としては、スピンコーティング法、ロールコーティング法、ロッドバーコーティング法、スプレーコーティング法、エアナイフコーティング法、スロットダイコーティング法、ワイヤーバーコーティング法などを用いることができる。 As the coating method, a spin coating method, a roll coating method, a rod bar coating method, a spray coating method, an air knife coating method, a slot die coating method, a wire bar coating method, or the like can be used.
上記構成材料をコーティングすることにより得られる高分子膜の厚みは１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内であることが好ましく、３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることがより好ましい。上記高分子膜の厚みが小さすぎると十分な光配列性が得られない場合があり、逆に厚みがありすぎても液晶分子が配向乱れを生じる場合があり、また、コスト的に好ましくないからである。 The thickness of the polymer film obtained by coating the constituent materials is preferably in the range of 1 nm to 200 nm, and more preferably in the range of 3 nm to 100 nm. If the thickness of the polymer film is too small, sufficient optical alignment may not be obtained. Conversely, if the thickness is too large, liquid crystal molecules may be disturbed in alignment, and this is not preferable in terms of cost. It is.
得られた高分子膜は、偏光を制御した光を照射することにより、光励起反応を生じさせて異方性を付与することができる。照射する光の波長領域は、用いられる光配向膜の構成材料に応じて適宜選択すればよいが、紫外光域の範囲内、すなわち１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは２５０ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲内である。 The obtained polymer film can impart anisotropy by causing a photoexcitation reaction by irradiating light with controlled polarization. The wavelength range of the light to be irradiated may be appropriately selected according to the constituent material of the photo-alignment film to be used, but is preferably in the ultraviolet light range, that is, in the range of 100 nm to 400 nm, more preferably 250 nm. Within the range of ˜380 nm.
偏光方向は、上記光励起反応を生じさせることができるものであれば特に限定されるものではないが、強誘電性液晶の配向状態を良好なものとすることができることから、基板面に対して斜め０°〜４５°の範囲内とすることが好ましく、２０°〜４５°の範囲内とすることがより好ましい。 The polarization direction is not particularly limited as long as it can cause the above-described photoexcitation reaction. However, since the alignment state of the ferroelectric liquid crystal can be improved, the polarization direction is oblique to the substrate surface. It is preferably within the range of 0 ° to 45 °, and more preferably within the range of 20 ° to 45 °.
（光異性化型）
次に、光異性化型の材料について説明する。ここでいう光異性化型の材料とは、上述したように光異性化反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与する材料であり、このような特性を有する材料であれば特に限定されるものではないが、光異性化反応を生じることにより上記光配向膜に異方性を付与する光異性化反応性化合物を含むものであることが好ましい。このような光異性化反応性化合物を含むことにより、光照射により、複数の異性体のうち安定な異性体が増加し、それにより光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。
(Photoisomerization type)
Next, the photoisomerization type material will be described. The photoisomerization type material here is a material that imparts anisotropy to the photo-alignment film by causing a photoisomerization reaction as described above, and is particularly limited as long as it has such characteristics. However, it is preferable to include a photoisomerization reactive compound that imparts anisotropy to the photoalignment film by causing a photoisomerization reaction. By including such a photoisomerization-reactive compound, a stable isomer among a plurality of isomers is increased by light irradiation, so that anisotropy can be easily imparted to the photo-alignment film. It is.
このような光異性化反応性化合物としては、上記のような特性を有する材料であれば特に限定されるものではないが、偏光方向により吸収を異にする二色性を有し、かつ、光照射により光異性化反応を生じるものであることが好ましい。このような特性を有する光異性化反応性化合物の偏光方向に配向した反応部位の異性化を生じさせることにより、上記光配向膜に容易に異方性を付与することができるからである。 Such a photoisomerization-reactive compound is not particularly limited as long as it is a material having the above-mentioned characteristics, but has a dichroism that makes absorption different depending on the polarization direction, and light It is preferable that a photoisomerization reaction is caused by irradiation. This is because anisotropy can be easily imparted to the photo-alignment film by causing isomerization of the reaction site oriented in the polarization direction of the photoisomerization-reactive compound having such characteristics.
このような光異性化反応性化合物が生じる光異性化反応としては、シス−トランス異性化反応であることが好ましい。光照射によりシス体またはトランス体のいずれかの異性体が増加し、それにより光配向膜に異方性を付与することができるからである。 The photoisomerization reaction that produces such a photoisomerization-reactive compound is preferably a cis-trans isomerization reaction. This is because either the cis isomer or the trans isomer is increased by light irradiation, whereby anisotropy can be imparted to the photo-alignment film.
このような光異性化反応性化合物としては、単分子化合物、または、光もしくは熱により重合する重合性モノマーを挙げることができる。これらは用いられる強誘電性液晶の種類に応じて適宜選択すればよいが、光照射により光配向膜に異方性を付与した後、ポリマー化することにより、その異方性を安定化することができることから、重合性モノマーを用いることが好ましい。このような重合性モノマーの中でも、光配向膜に異方性を付与した後、その異方性を良好な状態に維持したまま容易にポリマー化できることから、アクリレートモノマー、メタクリレートモノマーであることが好ましい。 Examples of such photoisomerization-reactive compounds include monomolecular compounds and polymerizable monomers that are polymerized by light or heat. These may be selected as appropriate according to the type of ferroelectric liquid crystal used, but the anisotropy is imparted to the photo-alignment film by light irradiation, and then the anisotropy is stabilized by polymerizing. Therefore, it is preferable to use a polymerizable monomer. Among such polymerizable monomers, an acrylate monomer and a methacrylate monomer are preferable because anisotropy is imparted to the photo-alignment film and the polymer can be easily polymerized while maintaining the anisotropy in a good state. .
上記重合性モノマーは、単官能のモノマーであっても、多官能のモノマーであってもよいが、ポリマー化による光配向膜の異方性がより安定なものとなることから、２官能のモノマーであることが好ましい。 The polymerizable monomer may be a monofunctional monomer or a polyfunctional monomer. However, since the anisotropy of the photo-alignment film due to polymerization becomes more stable, the bifunctional monomer It is preferable that
このような光異性化反応性化合物としては、具体的には、アゾベンゼン骨格やスチルベン骨格などのシス−トランス異性化反応性骨格を有する化合物を挙げることができる。 Specific examples of such a photoisomerization-reactive compound include compounds having a cis-trans isomerization-reactive skeleton such as an azobenzene skeleton or a stilbene skeleton.
この場合に、分子内に含まれるシス−トランス異性化反応性骨格の数は、１つであっても２つ以上であってもよいが、強誘電性液晶の配向制御が容易となることから、２つであることが好ましい。 In this case, the number of cis-trans isomerization reactive skeletons contained in the molecule may be one or two or more, but the alignment control of the ferroelectric liquid crystal becomes easy. Two are preferable.
上記シス−トランス異性化反応性骨格は、液晶分子との相互作用をより高めるために置換基を有していてもよい。置換基は、液晶分子との相互作用を高めることができ、かつ、シス−トランス異性化反応性骨格の配向を妨げないものであれば特に限定されるものではなく、例えば、カルボキシル基、スルホン酸ナトリウム基、水酸基などが挙げられる。これらの構造は、用いられる強誘電性液晶の種類に応じて、適宜選択することができる。 The cis-trans isomerization reactive skeleton may have a substituent in order to further enhance the interaction with the liquid crystal molecules. The substituent is not particularly limited as long as it can enhance the interaction with the liquid crystal molecules and does not interfere with the orientation of the cis-trans isomerization reactive skeleton, and examples thereof include a carboxyl group and a sulfonic acid. A sodium group, a hydroxyl group, etc. are mentioned. These structures can be appropriately selected depending on the type of ferroelectric liquid crystal used.
また、光異性化反応性化合物としては、分子内にシス−トランス異性化反応性骨格以外にも、液晶分子との相互作用をより高められるように、芳香族炭化水素基などのπ電子が多く含まれる基を有していてもよく、シス−トランス異性化反応性骨格と芳香族炭化水素基は、結合基を介して結合していてもよい。結合基は、液晶分子との相互作用を高められるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ２−ＣＨ２−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−などが挙げられる。 In addition to the cis-trans isomerization reactive skeleton, the photoisomerization reactive compound contains many π electrons such as aromatic hydrocarbon groups so that the interaction with the liquid crystal molecules can be further enhanced. It may have an included group, and the cis-trans isomerization reactive skeleton and the aromatic hydrocarbon group may be bonded via a bonding group. The bonding group is not particularly limited as long as it can enhance the interaction with the liquid crystal molecule. For example, —COO—, —OCO—, —O—, —C≡C—, —CH 2 —CH 2- , —CH 2 O—, —OCH 2 — and the like can be mentioned.
なお、光異性化反応性化合物として、重合性モノマーを用いる場合には、上記シス−トランス異性化反応性骨格を、側鎖として有していることが好ましい。上記シス−トランス異性化反応性骨格を側鎖として有していることにより、光配向膜に付与される異方性の効果がより大きなものとなり、強誘電性液晶の配向制御に特に適したものとなるからである。この場合に、前述した分子内に含まれる芳香族炭化水素基や結合基は、液晶分子との相互作用が高められるように、シス−トランス異性化反応性骨格と共に、側鎖に含まれていることが好ましい。 In addition, when using a polymerizable monomer as a photoisomerization reactive compound, it is preferable to have the said cis-trans isomerization reactive skeleton as a side chain. By having the cis-trans isomerization reactive skeleton as a side chain, the effect of anisotropy imparted to the photo-alignment film becomes larger, and is particularly suitable for controlling the alignment of ferroelectric liquid crystals Because it becomes. In this case, the aromatic hydrocarbon group or bonding group contained in the molecule is contained in the side chain together with the cis-trans isomerization reactive skeleton so that the interaction with the liquid crystal molecule is enhanced. It is preferable.
また、上記重合性モノマーの側鎖には、シス−トランス異性化反応性骨格が配向しやすくなるように、アルキレン基などの脂肪族炭化水素基をスペーサーとして有していてもよい。 Further, the side chain of the polymerizable monomer may have an aliphatic hydrocarbon group such as an alkylene group as a spacer so that the cis-trans isomerization reactive skeleton can be easily oriented.
上述したような単分子化合物または重合性モノマーの光異性化反応性化合物の中でも、本発明に用いられる光異性化反応性化合物としては、分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物であることが好ましい。アゾベンゼン骨格は、π電子を多く含むため、液晶分子との相互作用が高く、強誘電性液晶の配向制御に特に適しているからである。 Among the photoisomerization reactive compounds of the monomolecular compound or polymerizable monomer as described above, the photoisomerization reactive compound used in the present invention is preferably a compound having an azobenzene skeleton in the molecule. This is because the azobenzene skeleton contains a lot of π electrons, and thus has a high interaction with liquid crystal molecules and is particularly suitable for controlling the alignment of ferroelectric liquid crystals.
以下、アゾベンゼン骨格が光異性化反応を生じることにより光配向膜に異方性を付与できる理由について説明する。まず、アゾベンゼン骨格に、直線偏光紫外光を照射すると、下記式に示されるように、分子長軸が偏光方向に配向しているトランス体のアゾベンゼン骨格が、シス体に変化する。 Hereinafter, the reason why an anisotropy can be imparted to the photo-alignment film by causing the azobenzene skeleton to undergo a photoisomerization reaction will be described. First, when the azobenzene skeleton is irradiated with linearly polarized ultraviolet light, the trans azobenzene skeleton having the molecular long axis oriented in the polarization direction is changed to a cis isomer as shown in the following formula.
アゾベンゼン骨格のシス体は、トランス体に比べて化学的に不安定であるため、熱的にまたは可視光を吸収してトランス体に戻るが、このとき、上記式の左のトランス体になるか右のトランス体になるかは同じ確率で起こる。そのため、紫外光を吸収し続けると、右側のトランス体の割合が増加し、アゾベンゼン骨格の平均配向方向は紫外光の偏光方向に対して垂直になる。本発明においては、この現象を利用することにより、アゾベンゼン骨格の配向方向を揃え、光配向膜に異方性を付与し、その膜上の液晶分子の配向を制御することができるのである。 Since the cis isomer of the azobenzene skeleton is chemically unstable compared to the trans isomer, it thermally or absorbs visible light and returns to the trans isomer. Whether to become the right transformer body occurs with the same probability. Therefore, if the ultraviolet light is continuously absorbed, the ratio of the right-side trans isomer increases, and the average orientation direction of the azobenzene skeleton becomes perpendicular to the polarization direction of the ultraviolet light. In the present invention, by utilizing this phenomenon, the alignment direction of the azobenzene skeleton is aligned, anisotropy is imparted to the photo-alignment film, and the alignment of liquid crystal molecules on the film can be controlled.
このような分子内にアゾベンゼン骨格を有する化合物のうち、単分子化合物としては、例えば、下記式で表される化合物を挙げることができる。 Among such compounds having an azobenzene skeleton in the molecule, examples of the monomolecular compound include compounds represented by the following formula.
また、上記アゾベンゼン骨格を側鎖として有する重合性モノマーとしては、例えば、下記式で表される化合物を挙げることができる。 Moreover, as a polymerizable monomer which has the said azobenzene skeleton as a side chain, the compound represented by a following formula can be mentioned, for example.
本発明においては、このような光異性化反応性化合物の中から、要求特性に応じて、シス−トランス異性化反応性骨格や置換基を種々選択することができる。なお、これらの光異性化反応性化合物は、１種単独でも２種以上を組み合わせて用いることもできる。 In the present invention, various cis-trans isomerization reactive skeletons and substituents can be selected from such photoisomerization reactive compounds according to required characteristics. In addition, these photoisomerization reactive compounds can also be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
本発明に用いられる光異性化型の材料としては、上記光異性化反応性化合物のほか、光配向膜の光配列性を妨げない範囲内で添加剤を含んでいてもよい。上記光異性化反応性化合物として重合性モノマーを用いる場合には、添加剤としては、重合開始剤、重合禁止剤などが挙げられる。 The photoisomerization type material used in the present invention may contain additives in addition to the above-mentioned photoisomerization reactive compound as long as the photoalignment property of the photoalignment film is not hindered. When a polymerizable monomer is used as the photoisomerization reactive compound, examples of the additive include a polymerization initiator and a polymerization inhibitor.
重合開始剤または重合禁止剤は、一般に公知の化合物の中から、光異性化反応性化合物の種類によって適宜選択して用いればよい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量は、光異性化反応性化合物に対し、０．００１重量％〜２０重量％の範囲内であることが好ましく、０．１重量％〜５重量％の範囲内であることがより好ましい。重合開始剤または重合禁止剤の添加量が小さすぎると重合が開始（禁止）されない場合があり、逆に大きすぎると、反応が阻害される場合があるからである。 The polymerization initiator or polymerization inhibitor may be appropriately selected from generally known compounds according to the type of photoisomerization reactive compound. The addition amount of the polymerization initiator or the polymerization inhibitor is preferably in the range of 0.001% by weight to 20% by weight, and in the range of 0.1% by weight to 5% by weight with respect to the photoisomerization reactive compound. More preferably, it is within. This is because if the addition amount of the polymerization initiator or polymerization inhibitor is too small, the polymerization may not be started (prohibited), whereas if too large, the reaction may be inhibited.
このような光異性化型の材料を用いた場合の光配向処理は、上記光反応型の材料を用いた場合と同様の方法で行うことができるが、この場合に、塗工液中の光異性化反応性化合物の含有量は、０．０５重量％〜１０重量％の範囲内であることが好ましく、０．２重量％〜５重量％の範囲内であることがより好ましい。また、光異性化型の場合には、無偏光紫外線斜方を照射することにより光配向処理を行うこともできる。光の照射方向は、上記光励起反応を生じさせることができるものであれば特に限定されるものではないが、強誘電性液晶の配向状態を良好なものとすることができることから、基板面に対して斜め１０°〜４５°の範囲内とすることが好ましく、３０°〜４５°の範囲内とすることがより好ましい。さらに、光異性化反応性化合物として、上述したような重合性モノマーを用いる場合には、光配向処理を行った後、加熱することにより、ポリマー化し、光配向膜に付与された異方性を安定化することができる。 The photo-alignment treatment when such a photoisomerization type material is used can be performed by the same method as that when the photoreaction type material is used, but in this case, the light in the coating liquid is used. The content of the isomerization reactive compound is preferably in the range of 0.05% by weight to 10% by weight, and more preferably in the range of 0.2% by weight to 5% by weight. In the case of the photoisomerization type, photo-alignment treatment can also be performed by irradiating non-polarized ultraviolet oblique. The light irradiation direction is not particularly limited as long as it can cause the above-described photoexcitation reaction. However, since the alignment state of the ferroelectric liquid crystal can be made favorable, Thus, it is preferably within the range of 10 ° to 45 ° obliquely, and more preferably within the range of 30 ° to 45 °. Further, when the polymerizable monomer as described above is used as the photoisomerization reactive compound, it is polymerized by heating after the photo-alignment treatment, and the anisotropy imparted to the photo-alignment film is increased. Can be stabilized.
（ii）第２反応性液晶層
本発明においては、上記第２配向膜上に、反応性液晶を固定化してなる第２反応性液晶層が形成されていてもよい。この場合、上記反応性液晶側基板の反応性液晶層を構成する反応性液晶と、対向基板の第２反応性液晶層を構成する反応性液晶とは、異なる組成であることが好ましい。 第２配向膜の対向面上にも反応性液晶を固定化してなる第２反応性液晶層が形成されることにより、上述した反応性液晶層を形成することにより得られる効果をさらに高めることができ、より効果的に強誘電性液晶の配向を制御することができるからである。また、上記反応性液晶層を構成する反応性液晶および上記第２反応性液晶層を構成する反応性液晶が異なる組成であることにより、ジグザグ欠陥やヘアピン欠陥等の配向欠陥の発生を抑制し、強誘電性液晶のモノドメイン配向を得ることができるからである。
(Ii) Second Reactive Liquid Crystal Layer In the present invention, a second reactive liquid crystal layer formed by fixing a reactive liquid crystal may be formed on the second alignment film. In this case, it is preferable that the reactive liquid crystal constituting the reactive liquid crystal layer of the reactive liquid crystal side substrate and the reactive liquid crystal constituting the second reactive liquid crystal layer of the counter substrate have different compositions. By forming the second reactive liquid crystal layer formed by immobilizing the reactive liquid crystal on the opposing surface of the second alignment film, the effect obtained by forming the reactive liquid crystal layer described above can be further enhanced. This is because the orientation of the ferroelectric liquid crystal can be controlled more effectively. Further, the reactive liquid crystal constituting the reactive liquid crystal layer and the reactive liquid crystal constituting the second reactive liquid crystal layer have different compositions, thereby suppressing the occurrence of alignment defects such as zigzag defects and hairpin defects, This is because the monodomain alignment of the ferroelectric liquid crystal can be obtained.
なお、第２反応性液晶層に用いられる反応性液晶、および第２反応性液晶層の形成方法等については、上述した「（１）反応性液晶側基板 （ｉ）反応性液晶層」の欄に記載したものと同様である。 In addition, about the reactive liquid crystal used for a 2nd reactive liquid crystal layer, the formation method of a 2nd reactive liquid crystal layer, etc., the column of "(1) reactive liquid crystal side substrate (i) reactive liquid crystal layer" mentioned above. It is the same as that described in.
本発明においては、上述した重合性モノマーの重合性官能基や置換基を種々選択することにより、上記反応性液晶層を構成する反応性液晶および上記第２反応性液晶層を構成する反応性液晶の組成を異なるものとすることができる。この場合に、上記２つの反応性液晶に用いられる重合性モノマーの重合性官能基は同じであっても異なっていてもよい。また本発明においては、重合性モノマーを２種以上組み合わせて用いることもでき、それらの組み合わせを変えることによっても、組成を変化させることが可能である。さらに、同一の組み合わせを用いる場合でも、それぞれの重合性モノマーの含有量を変化させることにより、組成を異なるものとすることができる。 In the present invention, the reactive liquid crystal constituting the reactive liquid crystal layer and the reactive liquid crystal constituting the second reactive liquid crystal layer are selected by variously selecting the polymerizable functional group and substituent of the polymerizable monomer described above. The composition of can be different. In this case, the polymerizable functional groups of the polymerizable monomers used for the two reactive liquid crystals may be the same or different. In the present invention, two or more kinds of polymerizable monomers can be used in combination, and the composition can be changed by changing the combination. Furthermore, even when the same combination is used, the composition can be made different by changing the content of each polymerizable monomer.
（３）液晶層
次に、液晶層について説明する。本発明に用いられる液晶層は、強誘電性液晶を、上記反応性液晶側基板と上記対向基板とに狭持することにより構成されるものである。
(3) Liquid Crystal Layer Next, the liquid crystal layer will be described. The liquid crystal layer used in the present invention is configured by sandwiching a ferroelectric liquid crystal between the reactive liquid crystal side substrate and the counter substrate.
（強誘電性液晶）
本発明に用いられる強誘電性液晶は、降温過程においてＳｍＡ相を経由してＳｍＣ＊相を発現し、かつ、ＳｍＣ＊相において単安定性を示す材料である。強誘電性液晶の相系列は、降温過程においてＳｍＡ相を経由してＳｍＣ＊相を示すものであれば特に限定されるものではなく、これらの液晶相の高温側または低温側に他の液晶相を示すものであってもよい。これらの中でも、材料選択の幅が広いことから、Ｃｈ相からＳｍＡ相を経由してＳｍＣ＊相を発現する材料を用いることが好ましい。このような強誘電性液晶としては、一般に知られる材料の中から要求特性に応じて種々選択することができる。
(Ferroelectric liquid crystal)
The ferroelectric liquid crystal used in the present invention is a material that expresses an SmC * phase via an SmA phase in the temperature lowering process and exhibits monostability in the SmC * phase. The phase sequence of the ferroelectric liquid crystal is not particularly limited as long as it exhibits the SmC * phase via the SmA phase in the temperature lowering process, and other liquid crystal phases are arranged on the high temperature side or the low temperature side of these liquid crystal phases. May be shown. Among these, since the range of material selection is wide, it is preferable to use a material that expresses the SmC * phase from the Ch phase via the SmA phase. Such a ferroelectric liquid crystal can be variously selected from commonly known materials according to required characteristics.
また、このような強誘電性液晶としては、ＳｍＣ＊相を示す単一の材料を用いることもできるが、低粘度でＳｍＣ相を示しやすいノンカイラルな液晶（以下、ホスト液晶とする場合がある。）に、それ自身ではＳｍＣ相を示さないが大きな自発分極と適当な螺旋ピッチを誘起する光学活性物質を少量添加することにより、上記のような相系列を示す材料が、低粘度であり、より速い応答性を実現できることから好ましい。 In addition, as such a ferroelectric liquid crystal, a single material exhibiting an SmC * phase can be used, but there is a case where a non-chiral liquid crystal (hereinafter referred to as a host liquid crystal) having a low viscosity and easily exhibiting an SmC phase. In addition, by adding a small amount of an optically active substance that does not exhibit an SmC phase by itself but induces large spontaneous polarization and an appropriate helical pitch, a material exhibiting the above phase sequence has a low viscosity, and more It is preferable because fast response can be realized.
上記ホスト液晶としては、広い温度範囲でＳｍＣ相を示す材料であることが好ましく、一般に強誘電性液晶のホスト液晶として知られているものであれば特に限定されることなく使用することができる。例えば、下記一般式：
Ｒａ−Ｑ１−Ｘ１−（Ｑ２−Ｙ１）ｍ’−Ｑ３−Ｒｂ
（式中、ＲａおよびＲｂはそれぞれ、直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルカノイルオキシ基またはアルコキシカルボニルオキシ基であり、Ｑ１、Ｑ２およびＱ３はそれぞれ、１，４−フェニレン基、１，４−シクロヘキシレン基、ピリジン−２，５−ジイル基、ピラジン−２，５−ジイル基、ピリダジン−３，６−ジイル基、１，３−ジオキサン−２，５−ジイル基であり、これらの基はハロゲン原子、水酸基、シアノ基等の置換基を有していてもよく、Ｘ１およびＹ１はそれぞれ、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−Ｃ≡Ｃ−または単結合であり、ｍ’は０または１である。）で表される化合物を使用することができる。ホスト液晶としては、上記化合物を１種単独でも２種以上を組み合わせて用いることもできる。
The host liquid crystal is preferably a material exhibiting an SmC phase in a wide temperature range, and can be used without particular limitation as long as it is generally known as a host liquid crystal of a ferroelectric liquid crystal. For example, the general formula:
Ra-Q 1 -X 1 - ( Q 2 -Y 1) m '-Q 3 -Rb
(In the formula, Ra and Rb are each a linear or branched alkyl group, alkoxy group, alkoxycarbonyl group, alkanoyloxy group or alkoxycarbonyloxy group, and Q 1 , Q 2 and Q 3 are each 1 , 4-phenylene group, 1,4-cyclohexylene group, pyridine-2,5-diyl group, pyrazine-2,5-diyl group, pyridazine-3,6-diyl group, 1,3-dioxane-2,5 -Diyl group, and these groups may have a substituent such as a halogen atom, a hydroxyl group, and a cyano group, and X 1 and Y 1 are each —COO—, —OCO—, —CH 2 O— , —OCH 2 —, —CH 2 CH 2 —, —C≡C—, or a single bond, and m ′ is 0 or 1.). As the host liquid crystal, the above compounds can be used alone or in combination of two or more.
上記ホスト液晶に添加する光学活性物質としては、自発分極が大きく、適当な螺旋ピッチを誘起する能力を持った材料であれば特に限定されるものではなく、一般にＳｍＣ相を示す液晶組成物に添加する材料として知られるものを使用することができる。特に少量の添加量で大きな自発分極を誘起できる材料であることが好ましい。このような光学活性物質としては、例えば、下記一般式：
Ｒｃ−Ｑ１−Ｚａ−Ｑ２−Ｚｂ−Ｑ３−Ｚｃ−Ｒｄ
（式中、Ｒａ、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３は上記一般式と同じ意味を表し、ＺａおよびＺｂは−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝Ｎ−、−Ｎ（→Ｏ）＝Ｎ−、−Ｃ（＝Ｏ）Ｓ−または単結合であり、Ｒｃは不斉炭素原子を有していてもよい直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルカノイルオキシ基またはアルコキシカルボニルオキシ基であり、Ｒｄは不斉炭素原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルカノイルオキシ基またはアルコキシカルボニルオキシ基であり、ＲｃおよびＲｄはハロゲン原子、シアノ基、水酸基で置換されていてもよい。）で表される化合物を使用することができる。光学活性物質としては、上記化合物を１種単独でも２種以上を組み合わせて用いることもできる。
The optically active substance added to the host liquid crystal is not particularly limited as long as it is a material having a large spontaneous polarization and the ability to induce an appropriate helical pitch, and is generally added to a liquid crystal composition exhibiting an SmC phase. Any known material can be used. In particular, a material that can induce large spontaneous polarization with a small addition amount is preferable. Examples of such an optically active substance include the following general formula:
Rc-Q 1 -Za-Q 2 -Zb-Q 3 -Zc-Rd
(In the formula, Ra, Q 1 , Q 2 and Q 3 represent the same meaning as in the above general formula, and Za and Zb are —COO—, —OCO—, —CH 2 O—, —OCH 2 —, —CH 2, respectively. CH 2 —, —C≡C—, —CH═N—, —N═N—, —N (→ O) ═N—, —C (═O) S— or a single bond, and Rc is asymmetric. A linear or branched alkyl group which may have a carbon atom, an alkoxy group, an alkoxycarbonyl group, an alkanoyloxy group or an alkoxycarbonyloxy group, wherein Rd is a linear or branched group having an asymmetric carbon atom; And an alkyl group, an alkoxy group, an alkoxycarbonyl group, an alkanoyloxy group or an alkoxycarbonyloxy group, and Rc and Rd may be substituted with a halogen atom, a cyano group or a hydroxyl group. Can be used. As the optically active substance, the above compounds may be used alone or in combination of two or more.
また、本発明に用いられる強誘電性液晶としては、単一相を構成するものであることが好ましい。ここで、単一相を構成するとは、高分子安定化法などのように、ポリマーネットワークが形成されていないことをいう。このように単一相の強誘電性液晶を用いることにより、製造プロセスが容易となり、駆動電圧を低くすることができるという利点がある。 The ferroelectric liquid crystal used in the present invention preferably constitutes a single phase. Here, constituting a single phase means that a polymer network is not formed as in the polymer stabilization method. By using a single-phase ferroelectric liquid crystal as described above, there are advantages that the manufacturing process becomes easy and the driving voltage can be lowered.
本発明に用いられる強誘電性液晶として、具体的には、クラリアント社製「ＦＥＬＩＸＭ４８５１−１００」などが挙げられる。 Specific examples of the ferroelectric liquid crystal used in the present invention include “FELIXM4851-100” manufactured by Clariant.
（液晶層）
このような強誘電性液晶で構成される液晶層の厚みは、１．２μｍ〜３．０μｍの範囲内であることが好ましく、１．３μｍ〜２．５μｍの範囲内であることがより好ましく、１．４μｍ〜２．０μｍの範囲内であることがさらに好ましい。液晶層の厚みが小さすぎるとコントラストが下がる場合があり、逆に厚みがありすぎても配向しにくい場合があるからである。
(Liquid crystal layer)
The thickness of the liquid crystal layer composed of such ferroelectric liquid crystals is preferably in the range of 1.2 μm to 3.0 μm, more preferably in the range of 1.3 μm to 2.5 μm, More preferably, it is in the range of 1.4 μm to 2.0 μm. This is because if the thickness of the liquid crystal layer is too small, the contrast may decrease. Conversely, if the thickness is too large, alignment may be difficult.
このような液晶層の形成方法としては、一般に液晶セルの作製方法として用いられる方法を使用することができる。例えば、あらかじめ基板上に電極層を形成し、上記光配向膜を設けて作製した液晶セルに、上記強誘電性液晶を加温することにより等方性液体とし、キャピラリー効果を利用して注入し、接着剤で封鎖することにより液晶層を形成することができる。上記液晶層の厚みは、ビーズなどのスペーサーにより調整することができる。 As a method for forming such a liquid crystal layer, a method generally used as a method for manufacturing a liquid crystal cell can be used. For example, an isotropic liquid is formed by heating the ferroelectric liquid crystal into a liquid crystal cell prepared by previously forming an electrode layer on a substrate and providing the photo-alignment film, and is injected using the capillary effect. The liquid crystal layer can be formed by sealing with an adhesive. The thickness of the liquid crystal layer can be adjusted by a spacer such as beads.
（４）偏光板
本発明に用いられる偏光板としては、光の波動のうち特定方向のみを透過させるものであれば特に限定されるものではなく、一般に液晶表示素子の偏光板として用いられているものを使用することができる。
(4) Polarizing plate The polarizing plate used in the present invention is not particularly limited as long as it transmits only a specific direction among light waves, and is generally used as a polarizing plate of a liquid crystal display element. Things can be used.
２．液晶表示素子の製造方法
次に、本発明の液晶表示素子の製造方法について説明する。本発明の液晶表示素子の製造方法としては、一般に液晶表示素子の製造方法として公知の方法を用いることができ、特に限定されるものではない。以下、本発明の液晶表示素子の製造方法の一例として、ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス方式の液晶表示素子とする場合を例に挙げて説明する。
2. Next, a method for manufacturing a liquid crystal display element of the present invention will be described. As a manufacturing method of the liquid crystal display element of the present invention, a known method can be generally used as a manufacturing method of the liquid crystal display element, and it is not particularly limited. Hereinafter, as an example of a method for manufacturing a liquid crystal display element of the present invention, a case where an active matrix liquid crystal display element using a TFT element is used will be described as an example.
まず、第１基板上に上述した蒸着方法により透明導電膜を形成し、全面共通電極とする。一方、第２基板上には、透明導電膜をマトリックス状にパターニングすることによりｘ電極、ｙ電極を形成し、スイッチング素子および画素電極を設置する。 First, a transparent conductive film is formed on the first substrate by the vapor deposition method described above to form a common electrode on the entire surface. On the other hand, on the second substrate, an x electrode and a y electrode are formed by patterning a transparent conductive film in a matrix, and a switching element and a pixel electrode are provided.
次に、このようにして第１基板および第２基板上に形成された電極層上に、それぞれ第１配向膜および第２配向膜の構成材料をコーティングし、必要に応じて配向処理を施し、第１配向膜および第２配向膜を形成する。第１配向膜上にはさらに、重合性液晶材料を含み、かつ、ネマチック相を示す反応性液晶をコーティングし、紫外線等により固定化して反応性液晶層を形成する。 Next, the constituent materials of the first alignment film and the second alignment film are coated on the electrode layers formed on the first substrate and the second substrate in this way, respectively, and an alignment treatment is performed as necessary. A first alignment film and a second alignment film are formed. A reactive liquid crystal layer containing a polymerizable liquid crystal material and exhibiting a nematic phase is further coated on the first alignment film, and fixed with ultraviolet rays or the like to form a reactive liquid crystal layer.
このようにして形成された反応性液晶層または第２配向膜のいずれか一方の表面に、スペーサーとしてビーズを分散させ、周囲にシール剤を塗布し、反応性液晶側基板と対向基板とを、反応性液晶側基板の反応性液晶層と対向基板の第２配向膜とが向かい合うように貼り合わせ、熱圧着させる。熱圧着後は、注入口からキャピラリー効果を利用して強誘電性液晶を等方性液体の状態で注入し、注入口を紫外線硬化樹脂等により封鎖する。その後、強誘電性液晶は徐冷することにより配向させることができる。このようにして得られた液晶セルの上下に偏光板を貼り付けることにより本発明の液晶表示素子を得ることができる。 Beads are dispersed as spacers on the surface of either the reactive liquid crystal layer or the second alignment film formed in this way, a sealant is applied around the surface, and the reactive liquid crystal side substrate and the counter substrate are The reactive liquid crystal layer of the reactive liquid crystal side substrate and the second alignment film of the counter substrate are bonded so as to face each other, and thermocompression bonded. After thermocompression bonding, the ferroelectric liquid crystal is injected from the injection port in the state of isotropic liquid using the capillary effect, and the injection port is sealed with an ultraviolet curable resin or the like. Thereafter, the ferroelectric liquid crystal can be aligned by slow cooling. Thus, the liquid crystal display element of this invention can be obtained by sticking a polarizing plate on the upper and lower sides of the obtained liquid crystal cell.
３．液晶表示素子の用途
上述したように本発明の液晶表示素子は、降温過程においてＳｍＡ相を経由してＳｍＣ＊相を発現する強誘電性液晶材料を用いて、単安定性の動作モードを実現することができるものであり、階調表示を可能とし、強誘電性液晶の材料選択の幅も広がることから、多様な要求特性に応じた液晶表示素子を得ることができる。特に、本発明の液晶表示素子は、カラーフィルター方式またはフィールドシーケンシャルカラー方式を採用することによりカラー液晶表示素子として好適である。本発明の液晶表示素子は、ジグザグ欠陥やヘアピン欠陥などの配向欠陥を生じることなく強誘電性液晶を配向させることができるので、光漏れによるコントラスト比の低下を防止することができ、また、広視野角で、高速応答性を有し、高精細なカラー表示を実現することができるからである。
3. Application of Liquid Crystal Display Element As described above, the liquid crystal display element of the present invention realizes a monostable operation mode using a ferroelectric liquid crystal material that exhibits an SmC * phase via an SmA phase in a temperature lowering process. Therefore, gradation display is possible, and the range of selection of ferroelectric liquid crystal materials is widened, so that liquid crystal display elements corresponding to various required characteristics can be obtained. In particular, the liquid crystal display element of the present invention is suitable as a color liquid crystal display element by adopting a color filter system or a field sequential color system. Since the liquid crystal display element of the present invention can align the ferroelectric liquid crystal without causing alignment defects such as zigzag defects and hairpin defects, it can prevent a decrease in contrast ratio due to light leakage, and can be widened. This is because a high-definition color display can be realized with a viewing angle and high-speed response.
中でも、本発明の液晶表示素子は、フィールドシーケンシャルカラー方式により駆動させるものであることが好ましい。このフィールドシーケンシャルカラー方式は、赤緑青の三色のＬＥＤの点滅に同期させて液晶をオン・オフさせることで、カラーフィルターを用いないでカラー表示を可能とするものであり、低消費電力かつ低コストで、視野角が広く、明るく高精細なカラー動画表示を実現することができるからである。また、強誘電性液晶として、正負いずれかの電圧を印加したときにのみ液晶分子が動作するハーフＶ字駆動する材料を用いることにより、暗部動作時（白黒シャッター閉口時）の光漏れを少なくすることができ、白黒シャッターとしての開口時間を十分に長くとることができ、それにより時間的に切り替えられる各色をより明るく表示することができ、明るいカラー液晶表示素子を得ることができるからである。 Among them, the liquid crystal display element of the present invention is preferably driven by a field sequential color method. This field sequential color system enables color display without using a color filter by turning on and off the liquid crystal in synchronization with the blinking of the three colors of red, green, and blue. This is because it is possible to realize a bright and high-definition color moving image display with a wide viewing angle at a low cost. In addition, by using a half-V-driven material in which liquid crystal molecules operate only when a positive or negative voltage is applied as a ferroelectric liquid crystal, light leakage during dark portion operation (when the black and white shutter is closed) is reduced. This is because the opening time as a black-and-white shutter can be made sufficiently long, whereby each color that is temporally switched can be displayed brighter, and a bright color liquid crystal display element can be obtained.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。なお、光二量化反応性ポリマーとしては下記式で表される化合物Ａを用い、光異性化反応性化合物としては下記式で表される化合物Ｂを用いた。また、反応性液晶に用いられる重合性液晶モノマーとしては下記式で表される化合物Ｃ、化合物Ｄおよび化合物Ｅを用いた。 The following examples illustrate the present invention in more detail. In addition, the compound A represented by the following formula was used as the photodimerization reactive polymer, and the compound B represented by the following formula was used as the photoisomerization reactive compound. Moreover, the compound C, the compound D, and the compound E which are represented by a following formula were used as a polymerizable liquid crystal monomer used for a reactive liquid crystal.
（実施例１）
シクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物Ａの溶液をＩＴＯコーティングされた２枚のガラス基板に回転数４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。その後、オーブンで１８０℃、１０分間乾燥後、偏光紫外線で１００ｍＪ／ｃｍ２露光した。さらに、片方の基板にシクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物Ｃの溶液を４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングして積層し、５５℃で３分間乾燥させた後、無偏光紫外線を５５℃で１０００ｍＪ／ｃｍ２露光した。その後、片方のガラス基板に、１．５μｍのスペーサーを散布し、もう片方の基板にシール材を塗布し、基板を偏光紫外線照射方向と平行かつアンチパラレルの状態に組み立て、熱圧着を行った。液晶は「ＦＥＬＩＸ４８５１−１００」（クラリアント社製）を用い、注入口上部に液晶を付着し、オーブンを用いて、ネマチック相−等方相転移温度より１０℃〜２０℃高い温度で注入を行い、ゆっくりと常温に戻したところモノドメインが得られ、単安定性を示した。
(Example 1)
A solution of 2% by weight of Compound A dissolved in cyclopentanone was spin-coated on two ITO-coated glass substrates at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. Then, after drying for 10 minutes at 180 ° C. in an oven, exposure was performed with polarized ultraviolet rays at 100 mJ / cm 2 . Further, a solution of 2% by weight of compound C dissolved in cyclopentanone was spin-coated at 4000 rpm for 30 seconds on one substrate, dried at 55 ° C. for 3 minutes, and then non-polarized ultraviolet light was applied at 1000 ° C. at 55 ° C. / Cm 2 exposure. Thereafter, a 1.5 μm spacer was sprayed on one glass substrate, a sealing material was applied to the other substrate, the substrate was assembled in a parallel and antiparallel state with the polarized UV irradiation direction, and thermocompression bonding was performed. “FELIX4851-100” (manufactured by Clariant) is used as the liquid crystal, and the liquid crystal is attached to the upper portion of the injection port. When it was slowly returned to room temperature, a monodomain was obtained, indicating monostability.
（比較例１）
シクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物Ａの溶液をＩＴＯコーティングされた２枚のガラス基板に回転数４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。その後、オーブンで１８０℃、１０分間乾燥後、偏光紫外線で１００ｍＪ／ｃｍ２露光した。片方の基板には１．５μｍのスペーサーを散布し、もう片方の基板にシール材を塗布した。その後基板を偏光紫外線照射方向と平行かつアンチパラレルの状態に組み立て、熱圧着を行った。上記「ＦＥＬＩＸ４８５１−１００」を用いて実施例１と同様の方法で注入を行い、ゆっくりと常温に戻したところ、配向欠陥が発生し、双安定性状態を示した。
(Comparative Example 1)
A solution of 2% by weight of Compound A dissolved in cyclopentanone was spin-coated on two ITO-coated glass substrates at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. Then, after drying for 10 minutes at 180 ° C. in an oven, exposure was performed with polarized ultraviolet rays at 100 mJ / cm 2 . A spacer of 1.5 μm was sprayed on one substrate, and a sealing material was applied to the other substrate. Thereafter, the substrate was assembled in a parallel and anti-parallel state to the polarized ultraviolet irradiation direction, and thermocompression bonding was performed. Implantation was performed in the same manner as in Example 1 using the above-mentioned “FELIX4851-100”, and when the temperature was slowly returned to room temperature, alignment defects were generated, indicating a bistable state.
（実施例２）
Ｎ−ブチル−２−ピロリジノンと２−ブトキシエタノール（５０：５０ｗ％）に溶解した１重量％の化合物Ｂの溶液をＩＴＯコーティングされた２枚のガラス基板に回転数４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。その後、オーブンで１００℃、１分間乾燥後、偏光紫外線で５０００ｍＪ／ｃｍ２露光した。さらに、片方の基板にシクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物Ｃの溶液を４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングして積層し、５５℃で３分間乾燥させた後、無偏光紫外線を５５℃で１０００ｍＪ／ｃｍ２露光した。その後、片方のガラス基板に１．５μｍのスペーサーを散布し、もう片方の基板にシール材を塗布し、基板を偏光紫外線照射方向と平行かつアンチパラレルの状態に組み立て、熱圧着を行った。上記「ＦＥＬＩＸ４８５１−１００」を用いて実施例１と同様の方法で注入を行い、ゆっくりと常温に戻したところ、モノドメインが得られ、単安定性を示した。
(Example 2)
A solution of 1% by weight of Compound B dissolved in N-butyl-2-pyrrolidinone and 2-butoxyethanol (50:50 w%) was spin-coated on two ITO-coated glass substrates at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. Then, after drying at 100 degreeC for 1 minute in oven, 5000 mJ / cm < 2 > exposure was carried out with the polarized ultraviolet rays. Further, a solution of 2% by weight of compound C dissolved in cyclopentanone was spin-coated at 4000 rpm for 30 seconds on one substrate, dried at 55 ° C. for 3 minutes, and then non-polarized ultraviolet light was applied at 1000 ° C. at 55 ° C. / Cm 2 exposure. Thereafter, a 1.5 μm spacer was sprayed on one glass substrate, a sealing material was applied to the other substrate, the substrate was assembled in a parallel and anti-parallel state with the polarized UV irradiation direction, and thermocompression bonding was performed. Injection was performed in the same manner as in Example 1 using the above “FELIX4851-100”, and when the temperature was slowly returned to room temperature, a monodomain was obtained and showed monostability.
（比較例２）
Ｎ−ブチル−２−ピロリジノンと２−ブトキシエタノール（５０：５０ｗ％）に溶解した１重量％の化合物Ｂの溶液をＩＴＯコーティングされた２枚のガラス基板に回転数４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。その後、オーブンで１００℃、１分間乾燥後、偏光紫外線で５０００ｍＪ／ｃｍ２露光した。片方のガラス基板に１．５μｍのスペーサーを散布し、もう片方の基板にシール材を塗布し、基板を偏光紫外線照射方向と平行かつアンチパラレルの状態に組み立て、熱圧着を行った。上記「ＦＥＬＩＸ４８５１−１００」を用いて実施例１と同様の方法で注入を行い、ゆっくりと常温に戻したところ、配向欠陥が発生し、双安定性状態を示した。
(Comparative Example 2)
A solution of 1% by weight of Compound B dissolved in N-butyl-2-pyrrolidinone and 2-butoxyethanol (50:50 w%) was spin-coated on two ITO-coated glass substrates at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. Then, after drying at 100 degreeC for 1 minute in oven, 5000 mJ / cm < 2 > exposure was carried out with the polarized ultraviolet rays. A 1.5 μm spacer was sprayed on one glass substrate, a sealing material was applied to the other substrate, the substrate was assembled in a parallel and anti-parallel state with the polarized UV irradiation direction, and thermocompression bonded. Implantation was performed in the same manner as in Example 1 using the above-mentioned “FELIX4851-100”, and when the temperature was slowly returned to room temperature, alignment defects were generated, indicating a bistable state.
（実施例３）
シクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物Ａの溶液をＩＴＯコーティングされた２枚のガラス基板に回転数４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングした。その後、オーブンで１８０℃、１０分間乾燥後、偏光紫外線で１００ｍＪ／ｃｍ２露光した。さらに、片方の基板にシクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物Ｃの溶液を、もう片方の基板にはシクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物Ｄの溶液を４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコーティングして積層し、５５℃で３分間乾燥させた後、無偏光紫外線を５５℃で１０００ｍＪ／ｃｍ２露光した。その後、片方のガラス基板に、１．５μｍのスペーサーを散布し、もう片方の基板にシール材を塗布し、基板を偏光紫外線照射方向と平行かつアンチパラレルの状態に組み立て、熱圧着を行った。上記「ＦＥＬＩＸ４８５１−１００」を用いて実施例１と同様の方法で注入を行い、ゆっくりと常温に戻したところ、モノドメインが得られ、単安定性を示した。
(Example 3)
A solution of 2% by weight of Compound A dissolved in cyclopentanone was spin-coated on two ITO-coated glass substrates at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. Then, after drying for 10 minutes at 180 ° C. in an oven, exposure was performed with polarized ultraviolet rays at 100 mJ / cm 2 . Further, a 2 wt% compound C solution dissolved in cyclopentanone was spin-coated on one substrate and a 2 wt% compound D solution dissolved in cyclopentanone was spin coated at 4000 rpm for 30 seconds on the other substrate. After being laminated and dried at 55 ° C. for 3 minutes, non-polarized ultraviolet rays were exposed to 1000 mJ / cm 2 at 55 ° C. Thereafter, a 1.5 μm spacer was sprayed on one glass substrate, a sealing material was applied to the other substrate, the substrate was assembled in a parallel and antiparallel state with the polarized UV irradiation direction, and thermocompression bonding was performed. Injection was performed in the same manner as in Example 1 using the above “FELIX4851-100”, and when the temperature was slowly returned to room temperature, a monodomain was obtained and showed monostability.
（実施例４）
シクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物Ａの溶液をＩＴＯでコーティングされた２枚のガラス基板に回転数４０００ｒｐｍで３０秒スピンコーティングした。オーブンで１８０℃、１０分間乾燥させた後、偏光紫外線を２５℃で基板面に対して３０°の角度より１００ｍＪ／ｃｍ２露光した。さらに、片方の基板にシクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物Ｅの溶液を回転数４０００ｒｐｍで３０秒スピンコーティングして積層し、５５℃で３分間乾燥させた後、無偏光紫外線を５５℃で１０００ｍＪ／ｃｍ２露光した。その後、上記に示した方法でセルを組み、液晶を注入し、ゆっくりと常温に戻したところ、配向欠陥のないモノドメイン配向が得られた。
Example 4
A solution of 2% by weight of Compound A dissolved in cyclopentanone was spin-coated on two glass substrates coated with ITO at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. After drying at 180 ° C. for 10 minutes in an oven, polarized ultraviolet rays were exposed to 100 mJ / cm 2 from an angle of 30 ° with respect to the substrate surface at 25 ° C. Further, a solution of 2% by weight of Compound E dissolved in cyclopentanone was spin-coated on one substrate at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds and dried at 55 ° C. for 3 minutes. And 1000 mJ / cm 2 exposure. Thereafter, the cells were assembled by the method described above, liquid crystal was injected, and the temperature was slowly returned to room temperature. As a result, monodomain alignment without alignment defects was obtained.
（実施例５）
日産化学工業（株）製のポリイミド「ＲＮ１１９９」をＩＴＯでコーティングされた２枚のガラス基板に回転数４０００ｒｐｍで３０秒スピンコーティングした。オーブンで１８０℃、１０分間乾燥させた後、偏光紫外線を２５℃で１００Ｊ／ｃｍ２露光した。さらに、片方の基板にシクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物Ｅの溶液を回転数４０００ｒｐｍで３０秒スピンコーティングして積層し、５５℃で３分間乾燥させた後、無偏光紫外線を５５℃で１０００ｍＪ／ｃｍ２露光した。その後、上記に示した方法でセルを組み、液晶を注入し、ゆっくりと常温に戻したところ、配向欠陥のないモノドメイン配向が得られた。
(Example 5)
A polyimide “RN1199” manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. was spin-coated on two glass substrates coated with ITO at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. After drying in an oven at 180 ° C. for 10 minutes, polarized ultraviolet rays were exposed to 100 J / cm 2 at 25 ° C. Further, a solution of 2% by weight of Compound E dissolved in cyclopentanone was spin-coated on one substrate at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds and dried at 55 ° C. for 3 minutes. And 1000 mJ / cm 2 exposure. Thereafter, the cells were assembled by the method described above, liquid crystal was injected, and the temperature was slowly returned to room temperature. As a result, monodomain alignment without alignment defects was obtained.
（比較例３）
配向膜の材料としては、日産化学工業（株）製のポリイミド「ＲＮ１１９９」を用い、ＩＴＯでコーティングされた２枚のガラス基板に回転数４０００ｒｐｍで３０秒スピンコーティングした。オーブンで１８０℃、１０分間乾燥させた後、偏光紫外線を２５℃で１００Ｊ／ｃｍ２露光した。その後、上記に示した方法でセルを組み、液晶を注入し、ゆっくりと常温に戻したところ、モノドメイン配向は得られず、ダブルドメインやジグザグ欠陥、ヘアピン欠陥などの配向欠陥が発生した。
(Comparative Example 3)
As a material for the alignment film, polyimide “RN1199” manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. was used, and spin coating was performed on two glass substrates coated with ITO at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. After drying in an oven at 180 ° C. for 10 minutes, polarized ultraviolet rays were exposed to 100 J / cm 2 at 25 ° C. Thereafter, cells were assembled by the method described above, liquid crystal was injected, and the temperature was slowly returned to room temperature. As a result, monodomain alignment was not obtained, and alignment defects such as double domains, zigzag defects, and hairpin defects occurred.
（実施例６）
シクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物Ａの溶液をＩＴＯでコーティングされた２枚のガラス基板に回転数４０００ｒｐｍで３０秒スピンコーティングした。オーブンで１８０℃、１０分間乾燥させた後、偏光紫外線を２５℃で基板面に対して３０°の角度より１００ｍＪ／ｃｍ２露光した。さらに、片方の基板にシクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物Ｃの溶液を、もう片方の基板にはシクロペンタノンに溶解した２重量％の化合物Ｅの溶液を回転数４０００ｒｐｍで３０秒スピンコーティングして積層し、５５℃で３分間乾燥させた後、無偏光紫外線を５５℃で１０００ｍＪ／ｃｍ２露光した。その後、上記に示した方法でセルを組み、液晶を注入し、ゆっくりと常温に戻したところ、配向欠陥のないモノドメイン配向が得られた。
(Example 6)
A solution of 2% by weight of Compound A dissolved in cyclopentanone was spin-coated on two glass substrates coated with ITO at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. After drying at 180 ° C. for 10 minutes in an oven, polarized ultraviolet rays were exposed to 100 mJ / cm 2 from an angle of 30 ° with respect to the substrate surface at 25 ° C. Further, a 2 wt% compound C solution dissolved in cyclopentanone on one substrate and a 2 wt% compound E solution dissolved in cyclopentanone on the other substrate were spun at a rotational speed of 4000 rpm for 30 seconds. After coating and laminating and drying at 55 ° C. for 3 minutes, non-polarized ultraviolet light was exposed to 1000 mJ / cm 2 at 55 ° C. Thereafter, the cells were assembled by the method described above, liquid crystal was injected, and the temperature was slowly returned to room temperature. As a result, monodomain alignment without alignment defects was obtained.
１ａ … 第１基板
１ｂ … 第２基板
２ａ、２ｂ … 電極層
３ａ … 第１配向膜
３ｂ … 第２配向膜
４ … 反応性液晶層
５ … 液晶層
６ａ、６ｂ … 偏光板
７ … 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）
８ａ … 共通電極
８ｂ … ｘ電極
８ｃ … ｙ電極
８ｄ … 画素電極
１１ … 反応性液晶側基板
１２ … 対向基板
DESCRIPTION OF
8a ...
Claims (12)
前記強誘電性液晶は、降温過程においてスメクチックＡ相を経由してカイラルスメクチックＣ相を発現し、かつ、前記カイラルスメクチックＣ相において単安定性を示すものであることを特徴とする液晶表示素子。 A first substrate, an electrode layer formed on the first substrate, a first alignment film formed on the electrode layer, and a reactive liquid crystal formed on the first alignment film and immobilizing reactive liquid crystal A reactive liquid crystal side substrate having a reactive liquid crystal layer, a second substrate, an electrode layer formed on the second substrate, and a counter substrate having a second alignment film formed on the electrode layer Is disposed so that the reactive liquid crystal layer of the reactive liquid crystal side substrate faces the second alignment film of the counter substrate, and the ferroelectric liquid crystal is sandwiched between the reactive liquid crystal side substrate and the counter substrate. A liquid crystal display element comprising:
The liquid crystal display element characterized in that the ferroelectric liquid crystal exhibits a chiral smectic C phase via a smectic A phase in the temperature lowering process and exhibits monostability in the chiral smectic C phase.
12. The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the liquid crystal display element is driven by a field sequential color system.
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